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半導體-導體-絕緣體

功率半導體器件是電力電子技術及其應用裝置的基礎,一代器件帶動一代整機,即功率半導體器件一直是推動電力電子變換器發展的主要源泉,一代新型器件的出現,總是帶來一場變換器的革命。因為功率半導體器件處于現代電力電子變換器的心臟地位,它對裝置的可靠性、成本和性能起著十分重要的作用。要想了解功率半導體器件的特性,首先需要了解功率半導體器件的物理基礎,理解半導體材料與導體、絕緣體材料的區別。

眾所周知,目前所用的功率半導體器件絕大多數都是用半導體材料制造的。而半導體本身并沒有明確的物理或者數學定義,一般認為无需存款注册秒送18元,自然界物質有氣態、液態、固態和等離子態等幾種存在形式,在這里僅以固態范疇來討論導體无需存款注册秒送18元、半導體和絕緣體。

一般情況下无需存款注册秒送18元,人們顧名思義地用電導率或者電阻率的高低來區分導體无需存款注册秒送18元、半導體和絕緣體,認為電導率或者電阻率處于導體和絕緣體之間的是半導體,這也可以解釋半導體(Semiconductor)的由來。一般將電阻率介于10-6~108Ω.m的材料稱作半導體,見圖1-1所示。對于三者界限的數值并沒有準確的說法无需存款注册秒送18元,在一些文獻中,還采用了金屬、半金屬、半導體、半絕緣體和絕緣體的細致劃分方法。

依據電阻率對固體的分類

眾所周知,銅、鋁、銀等金屬材料能非常容易的傳導電流无需存款注册秒送18元,都是非常好的導體;而橡膠、陶瓷无需存款注册秒送18元、塑料等材料幾乎不導電,是非常好的絕緣體无需存款注册秒送18元;而硅、碳化硅等是用于功率半導體器件制造的半導體材料。為了有更直觀的概念,表1-1中給出了部分金屬導體无需存款注册秒送18元无需存款注册秒送18元、絕緣體和硅半導體的電阻率特性。從表中可以看出,一般結構完整且不包含雜質,或雜質濃度極低的結晶態半導體无需存款注册秒送18元,以及大多數未摻雜的非晶態半導體,也具有跟絕緣體不相上下的高電阻率;而當它們含有足夠高濃度的某些特殊雜質時,其電阻率又會下降到金屬的電阻率范疇,甚至比某些導電性能欠佳的金屬的電阻率還低,這是半導體特性之一无需存款注册秒送18元。

不同材料電阻率比較

此外,半導體的導電能力還與某些外部條件有關。與金屬和絕緣體相比,半導體電阻率對環境溫度、光照、乃至磁場和電場等外加條件的敏感性要強得多。在實際應用中,利用半導體電阻率隨溫度或者光照的變化而變化這一特點,可以制造熱敏或者光敏電阻;利用半導體內摻入一些雜質无需存款注册秒送18元,就能改變半導體的導電能力和導電類型,這是今天可以用來制造各種半導體器件和集成電路的依據。從本質上來說,半導體是導電性明顯取絕于材料的內外狀態而可以靈活改變的一類特殊物質。正是利用這樣一種靈活多變的特點无需存款注册秒送18元,半導體才能用來制造像晶體管、晶閘管那樣的器件,而導電性難以明顯改變的金屬和絕緣體卻不能。在這一材料特性賦予半導體器件各種功能特性的同時,也賦予半導體器件一些不可忽視的應用特性,比如器件對工作溫度的依賴性无需存款注册秒送18元。

 

做一個簡單的歸納,半導體大致有這樣一些獨特的性質,它們的應用無不跟這些性質有關。

 

1)一般來說,半導體的電阻溫度系數比金屬大得多,即半導體的阻值更容易隨溫度的變化而變化无需存款注册秒送18元;

 

2)在半導體中參與電流的載流子有兩種,即空穴和電子无需存款注册秒送18元,而在金屬中輸運電流的載流子只有電子;

 

3)半導體的電阻率對摻入雜質及其敏感,一般只需要極少量的雜質就能顯著地改變其電阻率无需存款注册秒送18元。比如,半導體材料鍺的純度達到109個鍺原子中的雜質原子不超過1個无需存款注册秒送18元,此時其室溫下的電阻率為0.45Ω.m,如果在這樣純的鍺中摻入銻,摻到每2×106個鍺原子中有一個銻原子的程度,則室溫下電阻率下降為

9×10-4Ω.m,僅為原來的1/500,導電能力大大提高;

 

4)半導體材料具有光敏性,而金屬一般不具有无需存款注册秒送18元无需存款注册秒送18元;

 

5)當不同半導體材料一起工作,一般具有不對稱和非線性導電性,而金屬材料一般不具有无需存款注册秒送18元。

 

半導體的上述特性都和半導體中的電子能量狀態有關无需存款注册秒送18元,電子的能量狀態將直接決定半導體材料的性能。

 

參考文獻

【1】 袁立, , 宋高升,王正元.電力半導體器件原理與應用》.北京:機械工業出版社,2011.

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