绪论
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众人好，前段光阴有个勤学的软件共事问：耿博，宽禁带半导体中的“宽禁带”是指甚么？我一下停住了，还好好久往常自身看过这方面的引见，不过自身忘性又不太好，还好他又是做软件的，尔后就云里雾里吹了一番，也不懂得他听懂没。原本这个题目问得很好，猜度大部份做电力电子硬件的小火伴们也不懂得，一方面是由于咱们不是做器件的，最首要的依旧由于咱们大部份人的思想习惯都是被迫的去接收常识，而关于新事物缺少猎奇心，也不太情愿问为甚么。这日咱们就略微聊一下这个话题：宽禁带半导体中的“宽禁带”究竟是是指甚么？
三代半导体材料
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宽禁带半导体也被称为第三代半导体，那第一代、第二代以登科三代离别是哪些半导体材料？运用畛域又有哪些呢？简洁引见以下：
第一代元素半导体，首要包含以硅（Si）、锗（Ge）为代表的单质半导体，个中锗早先被研讨且运用，但由于其造价较高，安稳性较差，首要运用于部份发光二极管、太阳能电池中。硅基材料是现在干流逻辑芯片和功率器件的根本，以硅基半导体材料创办了功率半导体元器件MOSFET和IGBT等为代表的固态电子光阴，也是现在电力电子畛域运用最为宽泛的半导体材料。
第二代化合物半导体，首要指二元/三元化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），其首要用于制做高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制做高功能微波、毫米波器件及发光器件，运用畛域首要包含卫星通讯、挪移通讯、光通讯、GPS导航等。
第三代宽禁带半导体，首要包含碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等，好处是禁带宽度大（2.2ev）、击穿电场高、热导率高、抗辐射能耐强、发光效率高、频次高，可用于于高温、高频、抗辐射及大功率器件，也是现在国度鼎力进展的新式半导体器件。
关于以上半导体材料众人或者最熟习的即是Si、SiC和GaN了，下图离别从电场强度（ElectricField）、能隙（Energygap）、电子转移率（ElectronVelocity）、热导率（ThermalConductivity）和熔点（Meltingpoint）5个方面临照了三种半导体材料的属性，呈现了SiC和GaN器件的上风。
以上5个目标也很好知道，个中能隙也被称为带隙、禁带宽度，能隙和电场强度越高器件越阻挡易被击穿，耐压也许更高；热导率和熔点越高，器件越轻易散热，也更轻易耐高温；电子转移率越高，器件的开关速率也就越快，因而也许做高频器件。
那为甚么单单拿出禁带宽度这个目标定名第三代半导体，并称之为宽禁带半导体呢？由于半导体材料的禁带宽度在必要水平上都邑影响以至决计了半导体的电场强度、电子转移率、热导率和熔点。禁带宽度单元为电子伏特（eV），是能量单元，1eV代表一个电子（所带电量为1.6×10^-19C的负电荷）通过1伏特的电位差加快后所得到的动能，电子伏特与SI制的能量单元焦耳（J）的换算关连是1eV=1.(98)×10^-19J。半导体价带中被束缚的电子要成为自在电子，就务必得到充足能量进而跃迁到导带，电子从价带顶（Ev）抵达导带底（Ec）所须要的这个能量即是禁带宽度Eg，示企图以下：
关于不知道半导体物理的同道们，以上几个观念或者有点生疏，那就让咱们从高中学过的化学元素周期表起头，一点点带众人知道一下宽禁带相干的观念吧。。。
导体、半导体、绝缘体材料差别
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为了更好地引入能带观念，首先知道一下导体、半导体和绝缘体的差别。顾名思义，导体也许导电，绝缘体不导电，半导体的导电性介于两者之间。那形成不同材料导电属性不同的实质缘由是甚么呢？固然是材料的形成元素了，让咱们再回到高中光阴，温习一下化学元素周期表，以下图：
周期表中元素的化学性质首要取决于原子的最外层电子数，详细呈现为：最外层电子数小于4的元素，较易落空电子而抵达安稳组织，多为金属元素。最外层电子数大于或即是4但不够8的元素，较易得到电子而抵达安稳组织，多为非金属元素。罕有气体最外层电子数有8个电子，已达安稳组织，即不易落空电子也不易得到电子，化学性质不活泼。
凭借以上规律，让咱们首先看一下罕用的诸如金、银、铜、铁、铝等金属元素。个中金、银、铜位于化学元素周期表的第11族，最外层电子数为1，铝和铁的最外层电子数离别为3和2。由于原子序数越大，最外层电子离原子核就越远，进而致使原子核查自在电子的束缚力就越弱，进而使得自在电子阻力越小，导电性越好。为了更好地舆解这一点，咱们也许把原子核比做一个国度的权柄中间，原子核外的电子在以原子核为中间的轨道上活动，凭借能量的凹凸缠绕在原子核方圆。间隔原子核近的这些电子，对照忠实，能级最低，终究皇帝足下不敢互做非为，而间隔原子核远的这些电子能级最高，分离权柄中间，天高皇帝远，对照活泼，不太乖巧，很有或者被另外原子核虏获。
金银铜铁铝电阻率由小到大排名是：银铜金铝铁。个中，银的电阻率最小，铁的电阻率最大。或者有小火伴会问，金元素的最外层电子间隔原子核最远，按理说最外层的电子更轻易导电啊，为甚么导电性还不如铜呢？这又要触及到电子亚层常识了，背面会提到，众人也也许参考知乎谜底：
