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Hightech  2017-01-18 22:19  20160903005 
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地球上的物質可以分為「元素」與「化合物」兩大類,因此半導體也可以分為「元素半導體」與「化合物半導體」兩大類,一般而這,元素半導體不會發光,化合物半導體會發光,這是兩者之間最大的差異。

請自行調高解析度

 

❒ 元素半導體

由一種元素鍵結形成的半導體稱為「元素半導體」。例如:<圖一>為矽(Si)晶圓,屬於4A族元素半導體,請自行參考元素週期表。元素半導體的發光效率很差,因此我們多利用它來製作運算元件,例如:矽晶圓所製作的元件不會發光,一般都用來製作電腦的中央處理器(CPU)、記憶體等積體電路(IC)。

 

圖一 矽晶圓的鍵結電子與化學鍵。

 

化合物半導體
由二種以上的元素鍵結形成的半導體稱為「化合物半導體」。例如:<圖二>為砷化鎵(GaAs)晶圓,屬於三五族化合物半導體(3A族的鎵與5A族的砷)。化合物半導體的發光效率極佳,因此我們多利用它來製作發光元件,例如:砷化鎵晶圓所製作的元件會發光,一般都用來製作發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)等發光元件;此外,由於砷化鎵晶圓的原子振動頻率比矽晶圓高(每秒鐘振動的次數較多),而且電子在砷化鎵晶圓中移動的速度比在矽晶圓中快,因此砷化鎵晶圓還可以用來製作「射頻積體電路(RF IC)」,有關低頻元件與高頻元件的持性將在後面詳細討論。知識力www.ansforce.com。

 

圖二 砷化鎵晶圓的鍵結電子與化學鍵。

 

化合物半導體的種類
化合物半導體的種類很多,只要具有兩種以上的元素混合起來就可以形成,但是必須遵守八隅規則,也就是每一個原子的周圍必須都有八個鍵結電子,請參考<圖三>元素週期表,工業上常見的化合物半導體有以下幾種:知識力www.ansforce.com。
➤三五族「二元素」化合物半導體:元素週期表上3A族任選一個元素與5A族任選一個元素混合形成,例如:砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)等,請自行參考圖三的元素週期表。
➤三五族「多元素」化合物半導體:元素週期表上3A族任選二個以上的元素與5A族任選二個以上的元素混合形成,例如:砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、砷化鋁銦鎵(AlInGaAs)等,只要固體中所含有的3A族原子總數與5A族原子總數相等即可。
➤二六族「二元素」化合物半導體:元素週期表上2A族任選一個元素與6A族任選一個元素混合形成,例如:硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)、鍗化鎘(CdTe)、硒化鋅(ZnSe)等。值得注意的是,元素週期表上2A族元素包括:鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鐳(Ra),而上面所提到的鎘(Cd)、鋅(Zn)等元素其實是在元素週期表中央的2B族元素(過渡金屬),但是它們的性質仍然與2A族元素類似。

 

圖三 元素週期表。

 

【範例】
科學家們製作出那麼多種類的三五族與二六族化合物半導體,目的是什麼?
〔解〕
當我們對不同的化合物半導體材料施加電壓時會發出「不同顏色的光」,科學家們利用這種原理可以製作出不同顏色的發光元件,例如:交通號誌紅綠燈的紅光使用銻化鋁(AlSb)、黃光使用砷化鋁(AlAs)、綠光使用磷化鋁(AlP)等不同材料製作發光二極體(LED),這個部分將在後面詳細介紹。

 

【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「積體電路與微機電產業,全華圖書公司」。<我要買書
 

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