砧板上的萝卜 砧板上的萝卜
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扫盲贴,不懂半导体和导电原理的进来 扫盲贴,不懂半导体和导电原理的进来 半导体   导电性能介于导体和绝缘体之间非离子性导电的物质。室温时其电阻率约为10-3~109欧姆·厘米。一般是固体,例如锗(Ge)、硅(Si)以及一些化合物半导体,如碲化铅(PbTe)、砷化铟(InAs)、硫化铅(PbS)、碳化硅(SiC)等。与金属材料不同,半导体中的杂质含量和外界条件的改变(如温度变化、受光照射等),都会使半导体的导电性能发生显著变化。纯度很高,内部结构完整的半导体,在极低的温度下几乎不导电,接近绝缘体。但随着温度的升高半导体的电阻迅速减小。含有少量杂质,内部结构不很完整的半导体通常可分为n型和p型两类。半导体的p-n结以及半导体同某些金属相接触的边界层,都具有单向导电或在光照下产生电势差的特性。利用这些特性可以制成各种器件,如半导体二极管、三极管和集成电路等。半导体之所以具有介于导体和绝缘体之间的导电性,是因为它的原子结构比较特殊,即其外层电子既不象导体那样容易挣脱其原子核的束缚,也不象绝缘体中的电子被原子核紧紧地束缚着。这就决定了它的导电性介于两者之间。 作者: tel123 2006-9-4 23:54   回复此发言 -------------------------------------------------------------------------------- 2 回复:扫盲贴,不懂半导体和导电原理的进来 能带   研究固体物理学中的一种理论。虽然所有的固体都包含大量的电子,但有的具有很好的电子导电性能,有的则基本上观察不到任何电子导电性。这一基本事实曾长期得不到解释。在能带理论的基础上,首次对为什么有导体、绝缘体和半导体的区分提出了一个理论上的说明,这是能带论发展初期的重大成就。在物理学中往往形象化地用水平横线表示电子的能量值,能量越大,线的位置越高。一定能量范围内的许多能级(彼此相隔很近)形成一条带,称为“能带”。各种晶体的能带数目及其宽度等均不相同。相邻两能带间时能量范围称为“能隙”或“禁带”,晶体中的电子不能具有这种能量。完全被电子占据的能带称为“满带”,满带中的电子不会导电;没有电子占据的带称为“空带”;部分被占据的称为“导带”,导带中的电子才能导电,价电子所占据的能带称为“价带”。能量比价带低的各能带一般都是满带。价带可以是满带也可以是导带;如在金属中是导带,所以金属能导电,在绝缘体和半导体中是满带,所以它们不能导电。但半导体很容易因其中有杂质或受外界影响(如光照、加热等),使价带中的电子数减少,或使空带中出现一些电子而成为导带,因而也能导电。 作者: tel123 2006-9-4 23:54   回复此发言 -------------------------------------------------------------------------------- 3 回复:扫盲贴,不懂半导体和导电原理的进来 本征半导体   不含杂质且结构非常完整的半导体单晶,其中参与导电的电子和空穴数目相等。温度极低时,其中阻率很大,极难导电;随着温度升高,电阻率急剧减小。当硅、锗等半导体材料制成单晶体时,其原子的排列就由杂乱无章的状态变成非常整齐的状态。其原子之间的距离都是相等的,约为2.35×10-4微米。每个原子最外层的4个电子,不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4个原子发生联系。这时,每两个相邻的原子之间都共有一对电子。电子对中的任何一个电子,一方面围绕自身原子核运动,另一方面也时常出现在相邻的原子所属的轨道上,这样的组合叫做“共价键”结构。硅、锗共价键结构的特点是它们外层共有的电子所受到的束缚力并不象在绝缘体中那样紧,在一定的温度下,由于热运动,其中少数电子还是可能挣脱束缚而成为自由电子,形成电子载流子。当共有电子在挣脱束缚成为自由电子后,同时留下了一个空位。有了这样一个空位,附近的共有电子就很容易来进行填补,从而形成共有电子的运动。这种运动,无论是效果上还是现象上,都好象一个带正电荷的空位子在移动。为了区别于自由电子的运动,就把这种运动叫做“空穴”运动,空位子叫做“空穴”。由此可见,空穴也是一种载流子。当半导体处于外加电压作用之下,通过它的电流可以看作是由自由电子的定向移动所形成的电子流,另一部分是带正电的空穴定向移动。所以半导体中,不仅有电子载流子还有空穴载流子,这是半导体导电的一个特点。这种纯单晶半导体,虽然多了一种空穴载流子,但是载流子的总数离开实际应用的要求,也就是从具有良好导电能力的要求来看,还相差很远,所以这种本征半导体的实际用处不大。
日常生活中的化学——氧化还原反应 日常生活中的化学——氧化还原反应 ________________________________________ 【摘要】生活环境随处可见生命维续少不了它 氧化还原反应是最重要的化学反应。在任何这一类化学反应中,有某一物质被还原,即有另一物质被氧化。环顾我们所生存的环境,大至整个地球中生命现象的维续,小至日常生活中的枝枝节节,都可以看到这个最基本的化学反应的痕迹。 引言 任何一种化学反应的过程中,新生成物必随反应物的逐渐消耗而产生。在此一转变的过程里,反应物分子内部的化学键必然要经过一番重新组合,才能产生适当的生成物分子,这就要涉及分子内部电子分布情形的改变。氧化还原反应是化学反应中最重要的一类,其反应过程中,分子或原子(离子)间电子的转移更显而易见。某一原子(或离子)氧化状态的改变,必有另一原子(或离子)氧化状态相对应的改变;换句话说,某一物质被氧化,就必然有另一物质被还原,这两者之间是相辅相成的。若纯从能量的观点来看,在任何自发的氧化还原反应中,阳电性元素趋向失去电子(氧化),也就是氧化数趋向正值,而阴电性元素则趋向获得电子(还原),氧化数趋向负值。 在我们周围的环境里,氧化还原反应确实占了极大的分量,可以说是推动整个生物圈的原动力,任何生命的持续过程都少不了它。所谓的生物圈是指地球上所有生命的部分,其中包含着各种不同的化合物,主要是由碳、氧、氮、氢四种元素所组成。这些化合物在自然界中不断的生成、消耗及互相转变,永远保持着一种连绵不绝的循环状态,使得生物圈本身就像是一个巨大的循环系统,由能量的同化与异化作用,和涉及上述四种元素的种种氧化还原反应,构成了整个的生命现象。此外,在我们日常生活的许多小事里,也都可以看到这类最基本的化学反应。 自然界中碳的循环 自然界物质的循环现象里,碳元素的循环范围最广。关于其循环的情形,我们可以自图一中了解一些梗概。图一中,每一标明「CO2出O2入」或「CO2入O2出」的步骤,都有氧化还原的反应。在前者,氧是以零价的氧化状态作为氧化剂,去氧化一些含碳的化合物;在后者,氧又从二氧化碳中的负2价氧化态,被氧化成零价状态,同时产生还原态的含磷化合物。两者的配合,构成了整个生物圈中的大循环。 在碳的循环过程里,大气中或溶解在水里的二氧化碳,经由光合作用转变为植物或浮游生物体内的还原态含碳化合物,并释放出氧气。陆地或海洋中的动物摄取这些含碳化合物作为食物;而在生物呼吸或生物遗体的分解中,则又消耗氧而产生二氧化碳,并释出能量。至于在深海之中,二氧化碳溶于水内产生了碳酸根离子CO32-,与钙离子Ca2+结合,以碳酸钙沈淀的方式积存于海底。此外,一些生物遗体也可在缺氧的状态下逐渐沈积下来,最后转变成煤或石油的沈积层,而经人类开采并在空气中燃烧利用后,又再生二氧化碳。 在碳的循环中,光合作用与呼吸作用是两类最重要的氧化还原反应,正好说明了氧化还原的过程和我们的生存有多么密切的关系。 在光合作用中,陆地或海洋的植物吸收了日光能,将二氧化碳与水转化为细胞生活所需的碳水化合物和氧——呼吸作用所需氧气的主要来源。光合作用可以下列通式表之 光+6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2 所谓的呼吸作用,就是在动植物体内消耗氧及碳水化合物以产生能量及二氧化碳和水的反应,以式表之为 C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量 在人体中的呼吸作用还包括肺叶中氧与二氧化碳的交换。而细胞中食物养分(葡萄糖)氧化所产生的能量,即用来推动身体的各项机能。 由此可见,光合作用与呼吸作用恰是相反的两项反应:阳光的能量可经由光合作用储存在葡萄糖中;必要时葡萄糖经由呼吸作用而氧化,又释出能量供生物运用。由于CO2中的碳为正4价,而葡萄糖中的碳为零价,可见具有正氧化态的元素,常可利用其零价的状态储存能量,当其再氧化成原来的正氧化态时,即可将能量释出。换句话说,还原态的物质多是富含能量的。
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