半导体和電容

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半导体和電容之间的区别

半导体 vs. 電容

半导体（Semiconductor）是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。 材料的导电性是由导带中含有的电子数量决定。当电子从价带获得能量而跳跃至导电带时，电子就可以在带间任意移动而导电。一般常见的金属材料其导电带与价电带之间的能隙非常小，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导电带而导电，而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至导电带，所以无法导电。 一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电。 半导体通过电子传导或電洞傳导的方式传输电流。电子传导的方式与铜线中电流的流动类似，即在电场作用下高度电离的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递。電洞导电则是指在正离子化的材料中，原子核外由于电子缺失形成的“空穴”，在电场作用下，空穴被少数的电子补入而造成空穴移动所形成的电流（一般称为正电流）。 材料中载流子（carrier）的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他“杂质”（IIIA、VA族元素）来控制。如果我們在純矽中摻雜（doping）少許的砷或磷（最外層有5個電子），就會多出1個自由電子，這樣就形成N型半導體；如果我們在純矽中摻入少許的硼（最外層有3個電子），就反而少了1個電子，而形成一個電洞（hole），這樣就形成P型半導體（少了1個帶負電荷的原子，可視為多了1個正電荷）。. 在電路學裡，給定電壓，電容器儲存電荷的能力，稱為電容（capacitance），標記為C。採用國際單位制，電容的單位是法拉（farad），標記為F。電路圖中多半以C開頭標示電容，例：C01、C02、C03、C100等。 平行板電容器是一種簡單的電容器，是由互相平行、以空間或介電質隔離的兩片薄板導體構成。假設這兩片導板分別載有負電荷與正電荷，所載有的電荷量分別為-Q\,\!、+Q\,\!，兩片導板之間的電位差為V，則這電容器的電容C為 1法拉等於1庫侖每伏特，即電容為1法拉的電容器，在正常操作範圍內，每增加1伏特的電位差可以多儲存1庫侖的電荷。 電容器所儲存的能量等於充電所做的功。思考前述平行板電容器，搬移微小電荷元素\mathrmq從帶負電薄板到帶正電薄板，每對抗1伏特的電位差，需要做功\mathrmW： 將這方程式積分，可以得到儲存於電容器的能量。從尚未充電的電容器（q.

半导体

半导体（Semiconductor）是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。 材料的导电性是由导带中含有的电子数量决定。当电子从价带获得能量而跳跃至导电带时，电子就可以在带间任意移动而导电。一般常见的金属材料其导电带与价电带之间的能隙非常小，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导电带而导电，而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至导电带，所以无法导电。 一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电。 半导体通过电子传导或電洞傳导的方式传输电流。电子传导的方式与铜线中电流的流动类似，即在电场作用下高度电离的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递。電洞导电则是指在正离子化的材料中，原子核外由于电子缺失形成的“空穴”，在电场作用下，空穴被少数的电子补入而造成空穴移动所形成的电流（一般称为正电流）。 材料中载流子（carrier）的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他“杂质”（IIIA、VA族元素）来控制。如果我們在純矽中摻雜（doping）少許的砷或磷（最外層有5個電子），就會多出1個自由電子，這樣就形成N型半導體；如果我們在純矽中摻入少許的硼（最外層有3個電子），就反而少了1個電子，而形成一個電洞（hole），這樣就形成P型半導體（少了1個帶負電荷的原子，可視為多了1個正電荷）。.

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半导体器件

--（semiconductor device）是利用半导体材料的特殊电特性来完成特定功能的--。半導體的導電性介於良導電體與絕緣體之間，这些半导体材料通常是硅、锗或砷化镓，並經過各式特定的滲雜，產生P型或N型半導體，作成整流器、振盪器、發光器、放大器、測光器等元件或設備。 常見的半導體元件有二極體、電晶體等。.

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導體

導體（conductor）為能夠讓電流通過的材料，依其導電性，能夠細分為超導體、導體、半導體及絕緣體。在科學及工程上常用利用歐姆來定義某材料的導電程度。它们使電力極容易地通过它们。例如：金属、人体、大地、石墨、食鹽水溶液等都是導電體。 當電流在導體內流過時，事實上是因為導體內的自由电荷(在金属中的自由电荷是电子,而在溶液中的自由电荷则为阴、阳產生漂移而造成的，根據材料的不同，自由电荷的漂移方式也不相同：在超導體中，電子幾乎不受原子核的干擾而能夠快速移動；而在導體內電子的移動受限於該材料所造成的電子海的能階大小；而在半導體內，電子能夠移動是因為電子-空穴效應；而絕緣體則是電子受限於分子所構成的共價鍵，使得電子要脫離原子是非常困難的事。因此，沒有絕對絕緣的絕緣體，只要有足夠大的能量就可以使電子得以通過某絕緣體。 Category:材料 Category:熱力學 Category:電學.

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價帶

在固体中，价带（valence band）是指绝对零度中电子最高能量的区域，右图最上面的灰色长条区域即为价带。.

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电容器

電容器（Capacitor）是兩金屬板之間存在絕緣介質的一种电路元件。其單位為法拉，符号为F。電容器利用二個導體之間的電場來儲存能量，二導體所帶的電荷大小相等，但符號相反。.

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能隙

能隙（band gap或energy gap）也譯作能帶隙（energy band gap）、禁带--宽度（width of forbidden band），在固態物理學中泛指半導體或是絕緣體的價帶頂端至傳導帶底端的能量差距。 對一個zh-cn:本征半导体;zh-hk:本徵半導體;zh-tw:本質半導體;-而言，其導電性與能隙的大小有關，只有獲得足夠能量的電子才能從價帶被激發，跨過能隙並躍遷至傳導帶。利用費米-狄拉克統計可以得到電子佔據某個能階E_0的機率。又假設E_0>>E_F，E_F是所謂的費米能階，電子佔據E_0的機率可以利用波茲曼近似簡化為： 在上式中，E_g是能隙的寬度、k是波茲曼常數，而T則是溫度。 半導體材料的能隙可以利用一些工程手法加以調整，特別是在化合物半導體中，例如控制砷化鎵鋁（AlGaAs）或砷化鎵銦（InGaAs）各種元素間的比例，或是利用如分子束磊晶（Molecular Beam Epitaxy, MBE）成長出多層的磊晶材料。這類半導體材料在高速半導體元件或是光電元件，如-zh-cn:异质结双极性晶体管;zh-tw:異質接面雙載子電晶體;-（Heterojunction Bipolar Transistor, HBT）、zh-hans:激光二极管;zh-hk:激光二極管;zh-tw:雷射二極體;-，或是太陽能電池上已經成為主流。.

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電場

電場是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。在电荷周围总有电场存在；同时电场对场中其他电荷发生力的作用。观察者相对于电荷静止时所观察到的场称为静电场。如果电荷相对于观察者运动，则除静电场外，还有磁场出现。除了电荷以外，隨著時間流易而变化的磁场也可以生成电场，這種電場叫做涡旋电场或感应电场。迈克尔·法拉第最先提出電場的概念。.

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電路學

電路學（Circuitry），以克希荷夫定律（Kirchhoff's rules）為基礎，探討電子元件之「電壓」與「電流」關係；或是探討放大，雜音的關係。工程師利用電子元件來設計「電子電路」，並產生電路圖來表現，以實現所需的功能。.

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