导电的金属材料

p-n接面二極體的結構
p-n接面二極體在斷路時的內部電荷的分布情形。接面附近形成空乏層， 為沒有自由電子和電洞的區域，其內的固定電荷為半導體內摻入的施體 和受體所形成的離子。空乏層的內建電場，阻止p邊的電洞和n邊的自由 電子穿過接面，進行擴散。這些多數載子必須有足夠的能量，以克服內 建電場的阻力，才能由一邊擴散入另一邊，形成擴散電流Id；但是少數載 子則不同，只要能闖進空乏層內（可能藉由熱運動），就會被其內建電 場所吸引而被掃入另一邊，形成漂移電流Is。當二極體處於斷路狀態時， Id ＝ Is。
二極體的電路符號（上圖）和對照的實 體結構（下圖）。
二極體具有整流的功能，能把交流電壓轉變為直流電壓。
習題16
(a)
(b)
(c)
亮
不亮
亮
習題17
答:A,C
Байду номын сангаас
習題18:雙極性電晶體和場效電晶體有何不同之處？ 1.兩者結構不同
2.雙極性電晶體內的電流載子有兩種，但場效電晶 體僅有一種。
3.雙極性電晶體是以電流來控制電流，反應速度快， 但相當耗電；場效電晶體以電壓控制電流，反應較 慢，但非常省電。
(a) p型半導體的晶體結構平面圖。部分矽原子的位置為摻入的硼原子所取代。硼原 子有三個價電子，尚差一個電子，才能和鄰近的四個矽原子形成穩定的共價鍵。 因此其中的一個共價鍵欠缺一個電子而形成電洞。(b)用於描述p型半導體電學性 質的理論模型，在中性矽原子的介質背景中，均勻地散布固定的帶負電的受體 離子，帶正電的電洞在這些負離子的周圍運動。
掃描探針顯微術（SPM)
(1)「掃描穿隧顯微鏡」（STM）---僅限於可導電的 晶體表面 (2) 「原子力顯微鏡」（AFM）---可適用於任何物體 的表面。
掃描穿隧顯微鏡（STM）
一根具有極細針尖的金屬探針（通常使用鉑、鎢、或鎳製成），固定在壓電圓筒 註的底部，利用該圓筒的壓電特性，可使針尖極為靠近可導電的晶體表面，在兩 者之間施加電壓差，結果針尖上的原子和最靠近的晶體原子之間，產生微小的電 子流（稱為穿隧電流）。此電流的大小隨兩原子間距的減小，而急劇地變大。因 此在掃描時偵測此電流的變化，或控制此電流不變，但調整針尖的高度，利用電 腦可將針尖位置和對應的電流訊號轉換成晶體表面的原子排列圖像。
奈米科技-自然界的奈米
(1) 自潔效應──荷葉的疏水性奈米尺寸的纖毛，具有 自潔 的功能，使荷葉表面不沾汙泥、灰塵。(衛浴設備 的製造商將奈米級的釉藥，塗在衛浴用的陶瓷表面上， 具有防汙的效果，也是一種 自潔 效應的運用。 ) (2) 蜜蜂體內有磁性的奈米粒子，具有 因此蜜蜂可以辨識方向。 羅盤 的作用，
p-n接面二極體受到正向偏壓時，內部電荷的流動情形。整個電路呈通路 狀態。空乏層內的淨電場減小，其寬度縮小，因此由多數載子形成擴散電 流Id，大於由少數載子形成的漂移電流Is。
p-n接面二極體在反偏壓時，其內部電荷的分布情形。空乏層內的淨 電場增大，其寬度變大，擴散電流Id幾乎為零，漂移電流Is成為主要 電流。但是Is非常小，普通電表不易測出，可視為零，故電路處於 斷路狀態。
掃描穿隧顯微鏡的原理示意圖，右上方 為鎢絲探針的電子顯微鏡圖像。
利用STM顯微技術，可清楚地顯現 出白金晶體表面所吸附的碘原子 （標示為紫色的半球狀）的排列圖 像。掃描面積的長寬各為2.5 nm。
原子力顯微鏡（AFM）
AFM的工作原理如圖13-30所示，應用微影術，在矽晶體上作出一支頂端附有探 針的懸臂，針尖極細，形狀如圖13-31所示。當針尖極為靠近晶體表面時，由於 針尖上的原子和最靠近的晶體原子之間，有原子力的交互作用，使得針尖產生向 上或向下的微小位移，視兩原子間產生排斥或吸引力而定，其大小和兩原子的間 距有密切的關係。入射在探針背面的雷射光束，可以測知此微小的變動，配合掃 描控制裝置，利用電腦可將探針位置和對應的原子力變化量，轉換為晶體表面原 子的排列圖像。
奈米科技-自然界的奈米
圖13 - 35 懸浮在膠體溶液中的硒化鎘（CdSe）奈米晶粒， 圖中粒子的直徑自左至右約3 nm至7 nm。上圖在紫外光的 照射下，會因粒子大小的不同而呈現不同顏色的螢光；下 圖為室內照明下所呈現的顏色。
電子顯微鏡
鑑別距離── 1 .人類眼睛最小鑑別距離為0.1 mm。 2 .光學顯微鏡最小鑑別距離為0.2μm。 3 .掃瞄式電子顯微鏡（SEM），最小鑑別距離為3nm。 4 .掃瞄穿隧顯微鏡（STM），最小鑑別距離為0.02nm。
(a)矽（或鍺）晶體的立體結構，每一個原子的周圍各有 四個相鄰的原子，與之形成共價鍵。(b)平面化簡圖，晶 體內各原子的排列整齊有序，每一對相鄰的原子，共用 一對電子形成共價鍵。
一共價鍵上的價電子沿實線方向填補另一共價鍵上的電洞，其結果相當 於電洞沿著虛線的方向從一個共價鍵移至另一個共價鍵。自由電子則可 在原子間的空隙中自由移動。半導體內的自由電子和電洞同樣地承擔導 電的工作。在純矽（或鍺）的晶體內，自由電子和電洞的數目相等。
(a) n型半導體的晶體結構平面圖。部分矽原子的位置為摻入的砷原子所取代。 砷原子有五個價電子，其中四個和鄰近的矽原子形成穩定的共價鍵，剩餘的 一個價電子所受的束縛力非常微弱，成為自由電子。(b)用於描述n型半導體 電學性質的理論模型，在中性矽原子的介質背景中，均勻地散布固定的帶正 電的施體離子，自由電子在這些正離子的周圍運動。
奈米科技
所謂奈米科技就是指在奈米尺度（100 nm～1 nm）上研究 物質技術發展的科學 當物質小到奈米尺度時，其物理、化學及生物性質均會改變。 (1) 不導電且易脆的陶瓷材料，在奈米尺度下，變得既導電又 具延展性。 (2) 導電的金屬材料，在奈米尺度下，導電度可下降。 (3) 油溶性的藥物，在奈米尺度下，可變成水溶性。 (4) 不透明的材料，在奈米尺度下，可變得透明。
奈米科技-工業界的奈米材料(奈米碳管)
1.密度是鋼的六分之一，但抗張強度卻是不鏽 鋼的十至一百倍。 2.導電能力取決於其結構，有些和金屬相當， 有些則如同半導體 。 3.導熱能力和傳熱的方向有關，若熱沿平行於 中心軸的方向傳播，則為熱的良導體，其在 室溫時的導熱係數比銅高出約十五倍；若垂 直於中心軸的方向，則為熱的絕緣體。 4.奈米碳管的鍵結能力極佳，彼此很容易結合 在一起，形成繩索狀。 5.奈米碳管被認為將是未來最佳纖維的首選材 料，有可能被廣泛用於超微導線、超微開關、 以及奈米級的電線等。