電子學/半導體基礎

半導體通常以矽為基材。矽有 14 個電子，分佈在三個電子層中。最內側的兩個電子層分別充滿 2 個和 8 個電子。最外層的電子層可以容納 8 個電子，但只存在 4 個。

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  矽原子的簡化表示，強調僅包含 4 個電子的外電子層

由於有 4 個電子和 4 個空穴，多個矽原子可以形成穩定的結構，每個原子都與相鄰原子共享電子以填充它們的電子層。

在純矽晶體中，所有原子都與所有相鄰原子完美共享電子。然而，可以透過半導體摻雜將其他元素引入晶體，以產生額外的電子或額外的空穴（電子未填充的空位）。這些型別的晶體被稱為 n 型半導體（由於額外的電子導致淨負電荷）和 p 型半導體（由於電子缺失導致淨正電荷）。

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  由 9 個矽原子組成的群體，共享電子
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  n 型半導體：矽原子與一個磷原子
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  p 型半導體：矽原子與一個鎵原子

產生半導體不需要很多雜質原子；每 50 萬個矽原子中有一個雜質原子就能產生一個合理的半導體。 半導體摻雜中最常用的元素是那些與矽相比只有一個額外電子或空穴的元素：硼、磷、鎵和砷都是常見的摻雜劑。

電流在材料中流動是透過引起電子/空穴的級聯跳躍。一個電子將進入材料的一側並從其殼層中擊出一個電子，取代其位置。那個電子將繼續進行類似的直接運動並執行相同的操作。最終，一個電子將從材料的另一端出來。

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  顯示電子在半導體晶體中的流動路徑