#科基百科 不是導體、也不是絕緣體的半導體,到底是什麼呢?
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半導體之所以叫半導體,是因為它的導電性介於導體和絕緣體之間,包含矽(Si)、鍺(Ge)等元素,或是砷化鎵(GaAs)、硫化鋅(ZnS)等化合物。
到底是什麼原因,讓半導體具有這樣的特性呢?
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不論是導體、半導體還是絕緣體,皆由許多原子整齊排列而成。上過國中理化的我們也知道,原子內含有許多的電子,而它們也是影響材料導不導電、怎麼導電的關鍵。
當原子們的外層電子合併彼此的能量,就會形成帶狀的「能帶區」,能量較低的稱作「價帶」(valence band)、能量比較高的則稱為「傳導帶」(conduction band)。
電子也和人類一樣,嚮往著穩定生活多美好、三年五年高普考(威~),會傾向往能量較低的價帶移動。因此價帶上總是充滿著電子,傳導帶反而 #查無電子 了。
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這樣的現象若是發生在導體身上,不用擔心!它們的價帶與傳導帶彼此重疊,電子想去哪都可以,導體也因此有著良好的導電性。
如果是在絕緣體身上,則會因為兩者距離遙遠,電子根本無法從價帶移動到傳導帶,也就沒有導電性了。
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那半導體呢?
半導體中的價帶、傳導帶彼此留有完美的距離 #像極了愛情,只要位在價帶的電子獲得足夠能量,就能跑到傳導帶上自由移動,而導電性也就跟著增加囉!
反之,若是能量不夠,電子就沒辦法跳到傳導帶上,此時就不具導電性!
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正確用法:半導體的導電性,介於有和沒有之間
錯誤用法:半導體就是全導體除以 2 啦
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參考資料:寫點科普《晶圓代工爭霸戰:半導體知識(前傳)》、科教館《半導體與發光原理》
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延伸閱讀:
半導體新製程: 奈米碳管 (CNTs)
https://pansci.asia/archives/18590
突破半導體材料限制新契機?二維材料自發磁異向性的新發現
https://pansci.asia/archives/flash/188422
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「valence band conduction band」的推薦目錄:
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#汽車電子 #功率元件 #碳化矽SiC #蕭特基二極體SBD #智慧功率模組IPM
【話說車載3:寬能隙半導體入主高功率應用】
動力系統是電動車/智能車主命脈。絕緣柵雙極電晶體 (IGBT)、高電壓閘極驅動器、超接面整流器、高電壓金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET)、高電壓 DC-DC,以及碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新一代寬能隙 (WBG) 功率技術深深牽動著電池續航力與安全防護。
當電子從「價帶」(valence band,指絕對零度中電子最高能量的區域) 移動到「傳導帶」(conduction band,電子經由外在電場加速形成電流) 並用於電流時需要能量,寬能隙的能量遠高於矽——相較於矽的 1.1eV (電子伏特),SiC 需要 3.2 eV;意味著在相同尺寸下,這些額外能量可帶來更高的電壓擊穿性能,在失效前可承受更高的溫度,蕭特基二極體 (SBD)、高功率 MOSFET 是主要市場。
為提高能效,亦促成涵蓋驅動電路和控制單元,以定制集成電路執行供電欠壓、過溫和短路等自我保護功能的智慧功率模組 (IPM) 興起,以適應基本結構或設計變化,並提升系統可靠性。此外,先進的基板和封裝,則是高能效、散熱性、強固性等關鍵因素;例如,貼片式「電晶體外殼無引腳封裝」(Transistor Outline Leadless, TOLL;或簡稱為 TO-Lead-Less) 因散熱表現較佳,可藉此提高電流密度,特別適合動力轉向、無刷直流驅動、電池管理、電池安全開關等高功率應用。
延伸閱讀:
《適合汽車應用的技術解決方案》
https://www.avnet.com/…/transform-your-thinkin…/automotive/…