????????導(dǎo)語(yǔ)--自2019年以來(lái)，半導(dǎo)體即已成為國(guó)人關(guān)注的熱點(diǎn)，也成為科技自立自強(qiáng)的焦點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)界和資本市場(chǎng)上掀起了一輪又一輪的投資狂潮。那么什么是半導(dǎo)體？它的基礎(chǔ)是什么？投資半導(dǎo)體的關(guān)鍵又是什么呢？我們將通過(guò)一系列的文章進(jìn)行全面的梳理，本文是系列文章的第一篇，將勾畫出什么是半導(dǎo)體的基本框架。

????????小時(shí)候，老師告訴我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|到的物體基本分為三類固體、液體、氣體。半導(dǎo)體就是固體中的一種，固體根據(jù)導(dǎo)電特性可以分為導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體三類。導(dǎo)體如銅、鋁等就是常溫下能導(dǎo)電的固體，絕緣體如塑料、木頭等是常溫下不能導(dǎo)電的固體，半導(dǎo)體呢，顧明思義，是“一半的導(dǎo)體”，是常溫下導(dǎo)電性能介于于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體一般分為兩類，元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體，即在元素周期表的位置是IV族的元素半導(dǎo)體和III/V族、II/VI族的化合物所得。半導(dǎo)體還可以根據(jù)組成元素?cái)?shù)量不同分為雙元素化合物半導(dǎo)體、三元素化合物半導(dǎo)體。

????????接下來(lái)我們?cè)囍v解一下什么樣的原子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的不同特性。我們知道原子是由原子核和電子構(gòu)成的，在形成固體材料前，孤立原子外圍電子受原子核勢(shì)場(chǎng)的影響，在原子能級(jí)上規(guī)律排布，形成電子軌道。如果我們把原子類比與太陽(yáng)系的話，電子就如各大行星一般圍繞著原子核（太陽(yáng)）轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)原子逐漸靠近形成固體時(shí)，原子間電子軌道逐漸交疊，單個(gè)電子能級(jí)將被分裂成多個(gè)電子能級(jí)形成能帶（或稱允帶），原子間距離越近，能級(jí)分裂越嚴(yán)重。 但這里面有一個(gè)特別之處，就是原子核外面的空間電子有些地方不接納電子運(yùn)轉(zhuǎn)，有些地方接納電子運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣電子的軌道就不是連續(xù)的，而是猶如一個(gè)個(gè)臺(tái)階一樣的間斷的軌道，如下圖所示，允許電子運(yùn)轉(zhuǎn)的“臺(tái)階”即是允帶或能帶，“臺(tái)階”與“臺(tái)階”之間的垂直面不允許電子運(yùn)轉(zhuǎn)，即是禁帶（即能帶之間的空白帶）。

? ? ? ? 如爬上低層的“臺(tái)階”需要的能量更低類似，原子內(nèi)層電子軌道對(duì)應(yīng)的能帶能量更低，電子也比較“懶”，它會(huì)首先爬低層的“臺(tái)階”，首先填滿能量低的能級(jí)，被電子填滿的能帶稱為滿帶（滿帶最上方的能級(jí)稱為價(jià)帶），無(wú)電子填充的能帶稱為空帶或?qū)В瑵M帶與導(dǎo)帶之間無(wú)能級(jí)分布區(qū)域一樣的是禁帶。

????????那么導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)到底有什么不同才造成三者不同的導(dǎo)電特性呢？下圖為熱力學(xué)溫度為零時(shí)三種材料能帶示意圖。絕緣體與半導(dǎo)體形成的能帶結(jié)構(gòu)相似，下面是被電子占滿的價(jià)帶，上方是未被電子占據(jù)的導(dǎo)帶。當(dāng)外界溫度升高或有光照射時(shí)，價(jià)帶頂?shù)纳倭侩娮訉?huì)吸收能量越過(guò)禁帶被激發(fā)到無(wú)電子占據(jù)的空帶，這就像從擠滿人的低層“臺(tái)階”跳到高層的沒(méi)有人的“臺(tái)階”一樣，高層“臺(tái)階”導(dǎo)帶底部將會(huì)有少量電子存在，低層“臺(tái)階”價(jià)帶頂同時(shí)也留下了電子空位（形象地稱之為空穴）。低層臺(tái)階就沒(méi)那么擁擠了，高層臺(tái)階也不那么空曠了，此時(shí)在外加電場(chǎng)下，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴將同時(shí)參與導(dǎo)電。半導(dǎo)體和絕緣體的主要區(qū)別是禁帶寬度，絕緣體的禁帶寬度較大，在一般條件下，能夠被激發(fā)到導(dǎo)帶的電子很少，導(dǎo)電性很差。而金屬能帶中價(jià)電子占據(jù)部分能級(jí)，為半滿帶（或者理解為滿帶與導(dǎo)帶有重疊），即天生就有不那么擁擠的“臺(tái)階”，猶如導(dǎo)電界的天選之子，因此金屬具有較好的導(dǎo)電性能。

????????現(xiàn)在我們已經(jīng)明白了半導(dǎo)體特性的基本原理了，下一篇我們將講一下半導(dǎo)體器件、芯片這個(gè)復(fù)雜大廈的基礎(chǔ)是什么，敬請(qǐng)期待。