半导体元素
电路里的骨干:硅、镓、锗、砷、硒、碲


文章出自:博物 2009年第06期

标签: 化学实验   

半导体,不光是说它们徘徊在导体与绝缘体的矛盾中,还因为它们可以控制电磁波的物理特性。多数形成半导体的元素,都位列元素周期表楼梯型的金属-非金属分界线附近:硅、镓、锗、砷、硒、碲,在各种电子设备和家用电器中,它们是最重要的原材料。

人们通常把导电性差的物质,如金刚石、琥珀、陶瓷等,称为绝缘体;把导电比较好的物质,如金、银、铜、铝等称为导体,而导电性介于导体和绝缘体之间的物质,则称为半导体。半导体分为单质半导体和化合物半导体,多数形成半导体的元素,都位列元素周期表的金属-非金属分界线两侧,所以中文名字中,有的是“钅”字旁,有的是“石”字旁。它们既有金属的某些特性,又兼有非金属的一些特性,俗称两性元素,也叫半导体元素。

硅“芯”脏
计算机主板上大小不同的黑色小方块,只不过是芯片的保护壳。在它覆盖之下有一方灰色小薄片,布满了密密麻麻的硅制晶体管,这才是电脑的核心部分——芯片。在电子工业中,硅是最重要的材料之一,难怪美国旧金山的电子工业基地起名硅谷。

硅和锗是单质半导体中的代表,它们之间各有所长,优缺互补。锗是最早使用的半导体元素,但长时间通电后,由于元件发热,当超过80℃时,锗元件就不能正常“工作”了;而硅虽然耐高温,但承载频率低,不能像锗一样适于雷达等高频率的电子设备。于是,人们不再单纯依赖单质半导体,而是取长补短,采用高温、高频皆可兼顾的元素合成化合物半导体,砷化镓就是其中的佼佼者。

从光到电,两步走
半导体太阳能电池板,不像传统的太阳能电池板,需要经历“光——热——电”三步走,它本身对光极敏感,受到光照后,电池板内的二极管回路可以自然形成电流,实现光与电的直接转化。当许多个二极管并联起来,就是能输出大功率的电池方阵,甚至可以满足体育场几万瓦的照明功率。
矿石收音机
源于早期的检波器,对于半导体发烧友来说,绝对是骨灰级的宝贝。在没有出现二极管的时代,检测电磁波信号都是用一个金属探针,在有半导体性质的天然矿石划动,当检测到信号时,探针尾部的示波器就会显示波形。矿石收音机就依照此原理制成,只不过示波器换成了能放大信号的耳机。虽然只能收到一两个电台,但完全不需要电源。

二极管是最早的半导体元件,直到今天依然“活跃”在各种电器的电路中。作为无线电信号的放大器和整流器,二极管是收音机最重要的零件,所以,很多人都习惯称收音机为“半导体”。除了导电性能,半导体元素对光也很敏感,可以把光能转化为电能,太阳能电池就是依靠它来实现光电转化,特别是卫星的充电装置,半导体太阳能板绝对是首选。

二极管的单行线
半导体二极管是诞生最早的半导体器件之一,几乎应用到所有的电子电路中。它最大的特点就是能限制电流方向—按照电压的方向,让电流只从一个方向通过。

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责任编辑 / 郭亦城 

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