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[宝典]高中化学小论文[宝典]高中化学小论文半导体原理及应用的简单理解韩问寒计算机是一个很神奇的东西，它可以完成你想看、想听的几乎任何事情的任务。当在计算机上写出令我们自己振奋的第一条小程序“Hello World”时，我们和这个精密而庞大的的世界第一次取得联系，随着交流加深，我们愈发渴望从根源剖析这个虚拟世界。计算机从几间房那么大的吃电魔鬼发展成今天可以塞进口袋，半导体集成电路是一个大功臣。提到半导体，大家肯定会立刻想到“硅”，没错，那么我们就从硅入手，猜想一下半导体的原理吧。一、材料选定和构成原理拿出一张化学...

[宝典]高中化学小论文半导体原理及应用的简单理解韩问寒计算机是一个很神奇的东西，它可以完成你想看、想听的几乎任何事情的任务。当在计算机上写出令我们自己振奋的第一条小程序“Hello World”时，我们和这个精密而庞大的的世界第一次取得联系，随着交流加深，我们愈发渴望从根源剖析这个虚拟世界。计算机从几间房那么大的吃电魔鬼发展成今天可以塞进口袋，半导体集成电路是一个大功臣。提到半导体，大家肯定会立刻想到“硅”，没错，那么我们就从硅入手，猜想一下半导体的原理吧。一、材料选定和构成原理拿出一张化学元素周期表，金属、非金属元素有序地排我们发现硅排在第14号。硅原子最外层电子数是4，它既不易得电子，也不易失电子，于是他常常与相邻原子形成共价键。价电子因束缚不能移动，此时不能导电，相当于绝缘体。但当它受光或受热时，少数电子获得能量挣脱束缚，可以自由移动，原来的位置就会少一个电子，形成“空穴”，空穴可能被邻近的电子填充，当给硅片加电压时，电子填充空穴，在原位形成又一个空穴，后面的电子再填补上去，再后面的电子跟进……这样，就有电流产生了。我们初中物理中学到的半导体的定义:导电性介于到体与绝缘体之间，就很好理解了。可是我们对半导体的另一个普遍认识是半导体可以单向导电，但在这里并没有体现出来，我们可以朝这个方向继续猜想和查阅资料进行探究。锗与硅一样，位于?A族，具有相似的性质，我们把这类完全纯净、有晶体结构的半导体单质称为本征半导体。要实现单向导电，就必须就必须在反向通电时形成像门一样的结构断开电路，而正向通电时自动打开。我们固然不可能加一截绝缘体来断开电路。在电路中会跑的无非是电子、离子和空穴，所以立即排除利用离子的可能性。在之前探究硅单质时，我们发现硅形成共价键时不导电，我们能不能利用这一特点呢,即反向通电时形成共价键，正向通电时形成空穴导电,在相关书籍中查找，证明想法是正确的。为了形成较多的空穴，我们可以在本征半导体中加入少量三价元素杂质，在化学元素周期表中查到?A族元素。实际生产中，一般添加硼或铟。三价杂质的好处是可以得到电子形成较稳定的最外层四电子结构，是半导体中自由电子减少，空穴增多。这种半导体称为P型半导体，以空穴导电为主。只有在空穴与电子结合时才不导电，所以我们也需要自由电子导电的材料，在单质中掺进五价元素一般用磷或锑，好处是可失去一个电子形成四电子较稳定结构，增加自由电子，减少空穴。这种半导体称为N型半导体。为什么不用活泼金属元素和活泼非金属元素呢,很简单，活泼金属和活泼非金属都容易形成离子键，一般情况下不导电，所以不能用于电路。二、从半导体到晶体管现在，我们要把P型与N型半导体合在一起，如图?。电子与空穴都希望从高浓度流向低浓度，于是在交汇处形成了共价键或不能移动的带负电的杂质离子，这一区域叫PN结。 P N 型型半半导导体体 PN结空穴自由电子图? 当正向通电时，如图?。电子从N端流向P端，共价键和带电粒子遭到破坏，PN结变窄，电流畅通。当反向通电时，如图?。电子从P端流向N端，形成更多的共价键和带电粒子，PN结变宽，电阻很大，电流极小，几乎没有。这样，单向通电的目的就达到了。 P N 电 I R 变窄子方 I 向图? P N I?0 电 R 变宽子方 I?0 向图? 这种以一个PN结构成的半导体器件就是二极管，二极管用图极其广泛，下图依次是普通二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管的电路标志。从前面的探究中可以想到，当二极管反向通电且到达一定的限度时，二极管是可以反向击穿通电的，探究后得知如下图结果。 I,mA 正向 40 20 死压区 -80 -40 0.4 0.8 O U,V -20 击穿电压 -40 反向 I,uA 普通二极管在反向击穿下工作会因电流过大而损坏。但稳压二极管可在反向击穿下工作用于保证输出电压稳定。计算机是由像这样的半导体材料组建起来的，堪称当今最精密的仪器之一，尤其是超级计算机。这些半导体材料像一块块砖，几代科学家们用这些砖筑起了整个虚拟世界。

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