现逻辑电路的呢?
以纯锗晶体为例说明半导体的神奇属性。每个锗原子的最外层有4个电子,而在晶体内整齐排列的原子中,4个电子的每一个都与邻近原子所含的4个电子中的某一个成对地结合在一起,当外围电子为8个的时候,根据泡利不相容原理计算出来的电子能级,以及实jì
世界中惰性元素的实证,所有的电子都是很稳定地联结成对的。由于这种排列方式与钻石的排列方式相似,所以锗、硅和其他类似这种结构的物质统称为“金刚结构”。
如果在这种体系完整的金刚结构内掺入一点砷原子,情况会变得复杂。砷的最外层有5个电子,其中4个电子将与其原子核整个取代锗原子的位置,与邻近的锗原子依照前述排列方式紧挨在一起,电子也成对结合,但第五个电子因没有配对而自由流动。
这时,如果往此晶体上加一个电压,这个自由电子将向正极移动。但它无法像金属导体中的自由电子那样快速地移动,它们的导电性只是比硫磺、玻璃等绝缘体要好。所以这种加入了微量杂质的金刚结构叫“半导体”。
光是这样的属性还不足以使半导体奇特,当我们不是向锗晶体加砷而加硼的话,由于硼原子的最外层只有3个电子,它们分别与3个邻近锗原子所属的电子配对,但余下1个锗电子怎么办呢?它只好与“空穴”配对。
如果向掺硼的晶体加一个电压,邻近的电子受正电极的吸引向前递补,而在原来的位置留下一个空穴,于是下一个电子又来递补。表面上看来虽是电子向正电极方向移动,但究其本质,我们也可以说是空穴向负极移动。也就是“空穴”成了电流的载体。
掺砷的锗具有1个游离电子,可称为负型,而掺硼的锗有一个游离的空穴,如同带正电,可称为正型。两者结合起来讨论,当我们把一个锗晶体的一半做成负型,另一半做成正型就形成了一个全新的整流器。因为负型接至负极时它的电子会被推向正极,同时正极的正型空穴会被推向负极,于是晶体中有电流流通。
把正负极对调的结果却是两种晶体的电荷不协同,电流无法通过,电路中断。
半导体整流器不需yào
抽真空,因此体积可以做得很小;不易破裂或漏电,在常温工作只需yào
很小的电流,你想想刚才老是提到“一个电子怎么怎么着”。它更不需yào
像真空管那样有一定的预热时间。在技术上它是绝对秒杀掉真空管的存zài。
对于致力于科技霸权的唐宁来说,半导体还有一个好处,它的原理复杂,成品微小,几乎不可能在电子学、晶体学发展到非常成熟之前被破解。唐宁不仅要用半导体来代替真空管,更是决定将产品当成绝对机密。工厂将设在