世界上为什么没有纯净的半导体
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发布时间：2022-04-22 04:13
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时间：2023-10-13 10:40
详细内容
1833年英国的法拉第也就是电子学之父最先发现硫化银的电阻能够根据温度的不同而进行相应的改变，同一般金属有着不同，金属的电阻通常是随着温度的提升而进行增加，然而另外一位科学家巴拉迪却发现硫化银的电阻却有着不同的变化，这也是半导体十分关键的发现。不久之后，1839年法国的贝克莱通过不断的科学研究发现半导体以及电解质接触所形成的核心在于通过不同的光照条件从而能够产生一定的电压，这也就是后来所熟知的光生伏特效应，也是半导体十分重要的第二特征。尽管效果都已经被发现，但是相应的效应命名却是后来才确定的[1]。
德国布劳恩在1874年能够观察到某些硫化物的电导同所加电场的方向有关，也就是说其导电是具有方向性的，在导体的两端施加一个正向电压，其就能够导通；倘若将电压极性进行相反的设置，其就没有办法导电，这就是半导体的整流效应，同时也是半导体所具有的第三种特性；同年，舒斯特又在研究中发现铜与氧化铜的整流效应[1]。
陈良惠学者提出自然界的物质、材料根据导电能力大小能够将其划分为导体、半导体以及绝缘体三大类别。其中半导体的电导率在10-3到10-9欧·厘米范围内。在通常情况下，半导体电导率随着温度的提升而增加，这与金属导体刚好相反。凡是具有上述两种特征的材料都能够将其纳入到半导体材料的范围之内。半导体材料的导电能力是处于导体与绝缘体之间的物质，而且其能够将其作为电子材料，应用范围不断拓宽，而且随着社会进步，与科学技术的发展，将会对半导体材料的应用更加充分[1]。
半导体分类
所谓半导体电子器件大多数分为两种类型，第一是将电能转化为光能的发光器件；第二种就是把光能转化为电能的光敏元器件。这两种半导体的电子器件都能够很好地运用到其他领域中，就比如说在工业的自动控制、家用电器、医学仪器和其他测量仪器都会运用到半导体的电子器件。在科学技术飞速发展的今天，更多的光电子技术产品也成为了人们生活当中的一部分，它让人们的生活更加的多姿多彩。很多的光电子技术内容和形式的呈现都非常的丰富，有包括科技方面上的激光器、探测器，也包括了生活当中的各种仪器。文章的重点将放在半导体光电子器件的应用方面上，让更多的人能够了解到半导体光电子期间所运用的范围[2]。
半导体发光二极管
半导体本身就是一种特殊的材料，半导体发光二极管是一种可以发光的器件。主要的材料就是半导体，其结构为PN 组合而成是可以发光的一种二极管材料，其发光的范围很大是人们肉眼可以清楚地看见。然而，现在有的学者将发光二极管重新进行了定义，把一些近红外、红外波段的发光管也包含在内。就比如说，GaAs 发光二极管它的波长要比半导体发光二极管的波长要更广。除此之外还有一种十分特殊的发光二极管就是超辐射发光二极管，其实它的结构组成是结合了发光二极管和激光二极管两者的材料，也结合了这两种二极管的优势，并且能够在光纤等应用中起到重要作用[2]。
半导体激光器
半导体的激光器作为发光二极管的进一步改良和发展，所需要用到的材料结构更加复杂和精细，功能更加齐全，优势也是结合了许多半导体材料的特点。半导体激光器，是半导体光电子技术的核心，是所有的光电子应用到技术当中的关键性器件。半导体激光器包括激光二极管以及光泵浦或电子束泵浦的半导体激光器，其中的电子束泵和光泵的半导体激光器更需要大功率的电源供需或者极其复杂和严密的电子设备来操作。这样就导致了半导体激光器需要耗损大量的资源，再加上整个器件操作复杂又笨重，很少运用到实际生活当中。另一方面，大家都认为激光二极管的器件结构精细又严密、操作复杂，没有一定专业技术的人是不能操作的，但是泵浦方式简单、可以转化的能量效率比较高，器件在各方面的性能表现优异，大家对于激光二极管的器件也是十分的喜爱[2]。
光电探测器、光电池和CCD
前面提到的半导体发光二极管以及半导体激光器都是发射光的仪器。现在所说的光电探测仪光电池等就是接收光。发射光源和接收光是两个相互帮助的过程，一个收集光源然后储存另一个在将光能转化成为电能或者信号。半导体的光电探测器、电池或者一些CCD 探测器件是主要将光能或者光信号转化为电能、电信号，可以为人类在实际生活当中所运用到。目前的光电探测器和光电子等这些特殊的接受光的仪器，是为了将光能转化为电能。这些半导体光电子器件有的是接收有的是发射，各司其职但又相互配合。正因为他们的相互帮助，才能够让半导体光电子器件能够保证人们在生活和工作当中有较高的效率[2]。
光电元器件的工作原理
半导体的光电源器件主要有发光二极管、发光三极管和半导体激光器件等组合而成。这些器件主要的工作就是将电信号转化成光信号，他们大多都是半导体材料。这些器件的发光方式也有很多种，大多数都是通过间接或者直接复合将所收集到的光源复合而成产生光的辐射。针对那些直接越过采用半导体的辐射光波，主要是由特殊材料的宽度决定的。确定半导体激光器除了之前的提到的基本结构，还需要具备三个条件，第一就是有一个合适的光学谐振腔，可以产生激光震荡；第二就是要有足够数量的高能粒子才能保证光子发挥最大效果；第三就是保证光子增益大于或等于光子损耗。只有达成这样的效果，才能发射出光谱宽窄度、色散小的激光。光敏元器件是将光信号转化为电信号的其中一种器件，它可以对各种的光辐射进行接收或者传递探测灯工作，使光信号变为电信号进行输出工作[2]。
半导体光电子技术的应用
光纤通信和传感
在光导纤维中传达光信号，已经成为了现在社会常用到的传递信息的方式。光纤通信是利用激光作为载体，用光纤纤维作为传输信息的媒介，除了传递信息还可以传递声音、图像、数据等。光纤通信是作为现代社会传递信息的方式之一，主要的优势就在于可以传送的信息大、清晰度高、质量好、保密性较强以及防干扰抗辐射性能较好等，相对于传统的电缆传输方式，光纤通信的效果是最好的。再者说光纤通信的材料芯片占用空间较小，便于设计安排制，制造成本也相对较低[2]。
光纤通信还可适用于计算机互联网方面的通信，或者道路交通、电力系统方面的通信。所谓的光纤传感就是以半导体激光作为光源材料，以光纤作为传输媒介，根据外部条件比如说温度、压力、磁场反应的变化，测量出由于这些要素的变化度引起的光场强度、振幅的变化，再将半导体光电探测仪所探测出的光学参数变化进行分析，根据这些相关的数据或者函数关系可以推算出确定的化学参数大小与特性。在此技术中，光纤同时身兼敏感和传输两种职能，把这种光纤作为传感元件的仪器，叫作光纤传感器[2]。
半导体光电子仪器设备
之后的光学检测设备当中会运用到半导体光电子仪器设备，有着更精准的波长且可以调节的光源。之前的设备都是采用白烛光再加上光学棱镜等一些零部件所构成的光源和光路，这样都设备存在诸多不足，比如说光的强度不够、普线比较宽等问题。现如今的半导体，光电子仪器设备的波长已经覆盖了红外线、近红外线等等不同波段的光谱，除此之外还采用了外腔式激光器结构，可以调节每种颜色不同波长的范围。能够更加精准地获取特定波长的光谱，以便于更好的半导体激光输出，为人们提供更加方便的条件。随着半导体激光电子仪器的出现，为人们的生活带来了诸多的便利[2]。
半导体激光测距仪
一般的测距仪主要有主动式和被动式这两种模式，之前大多数的社区委主要是采用光学透镜之类的部件构成，然而光学透镜往往笨重并且在治疗方面并不是很精准。当半导体应用于测距仪时大大地提高了测量距离的精准度，现在已经在铁路设计或者其他建筑施工方面都采用了半导体激光测距仪。半导体激光测距仪的优势就在于利用科学的技术，提高了测量具体的精准度，在很大程度上提高了在施工设计方面的工作效率，对于需要测量距离的工程起到了很大的帮助作用[2]。
自动控制
现在的许多机器都有自动和手动的区别，就比如说现在大多数的大型机器都是自动化运作的，科技越发达自动化程度就会越高，就会让工作效率更加高效精准度也会提高。更高的自动化水平是许多领域一直坚持到方向和目标，他们可以解放更多的劳动力，在提高工作效率的同时获取最大的利益，因此，在自动化仪器设备当中就会使用大量的半导体光电器件，就比如说现在的自动延时照明开关，声控开关，红外线遥控开关，光控电铃，电源稳压器，自动频率控制器等等[2]。
医学方面
在医学方面所运用到的半导体光电器件也是有很多的仪器。医院里有病人需要和医生进行及时沟通，可以按下床边的呼叫装置；还有通过红外线进行人体测仪测量病人的身体的各个器官功能，然后形成报告汇总给医生；测量病人的心跳脉搏装置；模拟发生紧急情况触动的紧急按钮等等，这些设备都是通过半导体光电子器件来完成的[2]。
