主题：【原创】半导体基础知识 -- 南越
家园 【原创】半导体基础知识 新开一块地，让大家看着玩，有的图片的版权归原所有人。
1 漫说半导体
自然界的物体如果按其物理特性中的导电性来划分，就有了导电性好的金属一类的导体和不易导电的橡胶等有机化合物的绝缘体，再有的就是介于这二者之间的叫半导体的东西。那位MM说了，半导体吗就是什么二极管，三极管的，是吗？真的要感叹一下了，时光如梭啊，请看这个比现如今小学生的手工都不如的，那在我们伟大的领袖老人家宣布我们中国人站起来之前，在美国贝尔研究所出世的点接触型的Ge鍺三极管（1947年）。
1949年，还是这后来拿炸药奖的William Bradford Shockley几人发明了结合型鍺三极管，1952年开始批量生产，1956年Si硅三极管登场。而1957年场效应管就出现了，更快的是1960年就开始卖硅三极管的电视机啦。想不到的是在1958年Texas Instruments的一个专利（Kilby’s patent） 就是集成电路IC基本技术的开始。从此，IC就是半导体业研究发展的代表随家用电器的推广而越来越火哪。
今天的集成电路都离不开1962年出现的Si MOS IC, MOS (metal –oxide- semiconductor)就是后面我们要说的金属-氧化物-半导体三层构造的场效应三极管，这个东西构造简单，生产工序少，很快到1968年，1个三极管型的MOS-DRAM(只读存贮器)就出来了；而现在的大牛Intel 接着就开发出了1k bit的DRAM(dynamic random access memory), 今天我们拥有的数码相机那里面的感光CCD元件（也是IC）的鼻祖在1970年出生于贝尔研究所。从此，计算机的主存贮器就从磁带转向了DRAM，打开了Si半导体存贮器发展的大门，1976年为64k bit 到82年1Mbit 的存贮器；同时中央处理器（CPU）在1971年为4bit, 1975年8bit, 1981年为16bit,
那个什么有名的摩尔定律就说了，IC chip 的微细化和高集成度将按3年4倍的速度发展，据有心人计算，到今天的闪存，还确实是这个规律。
嘿，有哥们您不信的话，放狗搜艘，再算算。
说到鍺还有后来闪亮登场的硅半导体，我们该翻高中学的化学书啦，那元素周期表背的滚瓜烂熟的就举手了，C, Si，Ge, Sn, Pb是第4族元素，书上说的这族元素负电性比较强，其中最强的是碳，那形成的金刚石就是你我各自的LD想要的花钱不老少的钻石, 不开玩笑的告诉您，书上再有的说具有最强的共价键的金刚石是典型的绝缘体这句就错了，金刚石也能是半导体。我们要说的硅是这族中的老二。
硅是我们这星球上拥有的第二多的元素，猜猜那第一是？
接着是我们该看看这族元素的电子结构的时候哪。。。。。。
家园 难写啊，半导体基础知识之3 各位看官，理论上的很难写，哪位大拿要是有砖就砸吧，有好的建议能写出让非专业人士来看的，请动笔吧。
说到能带理论，就要说到晶体学，而从晶格的周期性讨论晶体中的电子波就有那基本的Bloch 定理；而从晶体学又要导入几个新的概念，从前面我们知道了晶格，那从晶格通过数学导出富立叶空间的叫倒格子或逆格子，还要有布里渊区的概念。
有那好学生的要说，这都是什么的干活？那你就去读研，不过，这还真有点难理解，有那学物理的哥们说至今也没有搞明白。一般地，知道用来说明固体中的能带的有这几个概念就行哪。
那物理大牛们用波动方程解出了晶体的周期场中那一个个原子元电子的能级演变成了能带，在布里渊区的边界能量发生特变，产生了各能带之间的间隔为带隙。在带隙中不存在电子波。下图是对Si晶体中的一个Si原子的能带作的示意图。
大家知道，Si 原子的最外层是3s和3p轨道，应该各有2个电子；而在Si晶体里这3s的一个轨道和3p的3个轨道发生杂化，形成了4个杂化轨道。相邻原子的这些杂化轨道之间结合成键的就成了价电子带（4个电子），不成键的2个空轨道就是导带。
有了这能带理论，我们再回来用下图来说说绝缘体，半导体和导体的物理意义上的区别。
这带隙大的而且电子填满了价带的就是绝缘体，而导体是导带中有部分电子，还有导带和价带部分重叠的。而半导体呢我们接着说。
家园 老大太残忍了 上来就给出Si的整个能带图
我一个学半导体的都一下子看蒙了
家园 南越老师讲的越来越仔细了，太专业了，这些理论俺也没学过， 辛苦了。
家园 越来越难了 老大能不能举一些生活中类似的例子来说明能带理论？
- 复 越来越难了
家园 没那么难懂 我们讨论的是一大堆整齐排列的原子，牛人们称为晶体的东东
导带就素说，能量在这个范围（Y轴是能量，注意鸟，X轴是一维空间坐标，表示在这个方向上排列开的一串原子的能量分布）的电子可以绕着整个晶体跑，是谓之“导”
所谓价带，呆在这个能量范围的电子只能围着自己的那个原子核转悠，（为什么我想到了家庭主妇）最多也就是和相邻的原子形成化学键，为化合价做贡献，因此称为“价”
中间那个禁带，是丧心病狂的半导体理论宣称电子不能拥有这个水平的能量，不允许这个能级的电子存在，谓之“禁”。而导带和价带之间的宽度，也就是禁带宽度（也是个能量数值啦），表示下面价带里的电子需要从某种来源吸收这么多能量，然后就能够跑到导带去，在宽阔的晶体中自由奔跑鸟！我的意思说，这和家庭主妇从某小金库拿了钱就不老实干家务，出去乱跑，一个意思对吧……
然后我们试图以此变态理论诠释导体半导体和绝缘体的差异
导体没有禁带，相当于共产主义社会，你没钱也可以出去跑哈，我不是共产共妻的意思，真的不是……
半导体有一个不太大的禁带，所以电子需要吸收一点点能量才能摆脱原子核，不过这个能量不大，还是比较容易找的
绝缘体的禁带就太大鸟，那么多能量不好找，想想可怜的被拐卖妇女吧，跑出来容易么？
- 复 越来越难了
家园 能带就像斜坡，禁带就像悬崖 能带就像斜坡，不管能量高低都能站人，禁带就像悬崖，它所包括的能量状态是不能有粒子的。从悬崖下如果得到足够的能量就会跳到悬崖上，悬崖上如果失去能量就掉到悬崖下面。
斜坡上只要有空位置，往上走往下走都可以。
