(a)矽（或鍺）晶體的立體結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(jié)果相當(dāng)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(dǎo)體內(nèi)的自由電子和電洞同樣地承擔(dān)導(dǎo)電的工作。在純矽（或鍺）的晶體內(nèi)，自由電子和電洞的數(shù)目相等。n型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)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(wěn)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(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)的理論模型，在中性矽原子的介質(zhì)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。p型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)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(wěn)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(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)的理論模型，在中性矽原子的介質(zhì)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。p-n接面二極體的結(jié)構(gòu)

p-n接面二極體在斷路時的內(nèi)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(qū)域，其內(nèi)的固定電荷為半導(dǎo)體內(nèi)摻入的施體和受體所形成的離子?？辗拥膬?nèi)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(shù)載子必須有足夠的能量，以克服內(nèi)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(shù)載子則不同，只要能闖進空乏層內(nèi)（可能藉由熱運動），就會被其內(nèi)建電場所吸引而被掃入另一邊，形成漂移電流Is。當(dāng)二極體處於斷路狀態(tài)時，Id＝Is。p-n接面二極體受到正向偏壓時，內(nèi)部電荷的流動情形。整個電路呈通路狀態(tài)?？辗觾?nèi)的淨(jìng)電場減小，其寬度縮小，因此由多數(shù)載子形成擴散電流Id，大於由少數(shù)載子形成的漂移電流Is。p-n接面二極體在反偏壓時，其內(nèi)部電荷的分布情形。空乏層內(nèi)的淨(jìng)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(tài)。二極體的電路符號（上圖）和對照的實體結(jié)構(gòu)（下圖）。二極體具有整流的功能，能把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?。?xí)題16(a)(b)(c)亮不亮亮習(xí)題17答:A,C習(xí)題18:雙極性電晶體和場效電晶體有何不同之處？1.兩者結(jié)構(gòu)不同2.雙極性電晶體內(nèi)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(yīng)速度快，但相當(dāng)耗電；場效電晶體以電壓控制電流，反應(yīng)較慢，但非常省電。

當(dāng)物質(zhì)小到奈米尺度時，其物理、化學(xué)及生物性質(zhì)均會改變。(1)不導(dǎo)電且易脆的陶瓷材料，在奈米尺度下，變得既導(dǎo)電又具延展性。(2)導(dǎo)電的金屬材料，在奈米尺度下，導(dǎo)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。

所謂奈米科技就是指在奈米尺度（100nm～1nm）上研究物質(zhì)技術(shù)發(fā)展的科學(xué)奈米科技

奈米科技-自然界的奈米(1)自潔效應(yīng)──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(wèi)浴設(shè)備的製造商將奈米級的釉藥，塗在衛(wèi)浴用的陶瓷表面上，具有防汙的效果，也是一種自潔效應(yīng)的運用。)

(2)蜜蜂體內(nèi)有磁性的奈米粒子，具有羅盤的作用，因此蜜蜂可以辨識方向。奈米科技-工業(yè)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(dǎo)電能力取決於其結(jié)構(gòu)，有些和金屬相當(dāng)，有些則如同半導(dǎo)體。3.導(dǎo)熱能力和傳熱的方向有關(guān)，若熱沿平行於中心軸的方向傳播，則為熱的良導(dǎo)體，其在室溫時的導(dǎo)熱係數(shù)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(jié)能力極佳，彼此很容易結(jié)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(dǎo)線、超微開關(guān)、以及奈米級的電線等。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3nm至7nm。上圖在紫外光的照射下，會因粒子大小的不同而呈現(xiàn)不同顏色的螢光；下圖為室內(nèi)照明下所呈現(xiàn)的顏色。電子顯微鏡鑑別距離──1.人類眼睛最小鑑別距離為0.1mm。

2.光學(xué)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。掃描探針顯微術(shù)（SPM)「掃描穿隧顯微鏡」（STM）---僅限於可導(dǎo)電的晶體表面「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(dǎo)電的晶體表面，在兩者之間施加電壓差，結(jié)果針尖上的原子和最靠近的晶體原子之間，產(chǎn)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(diào)整針尖的高度，利用電腦可將針尖位置和對應(yīng)的電流訊號轉(zhuǎn)換成晶體表面的原子排列圖像。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(shù)，可清楚地顯現(xiàn)出白金晶體表面所吸附的碘原子（標(biāo)示為紫色的半球狀）的排列圖像。掃描面積的長寬各為2.5nm。原子力顯微鏡（AFM）AFM的工作原理如圖13-30所示，應(yīng)用微影術(shù)，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(dāng)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(chǎn)生向上或向下的微小位移，視兩原子間產(chǎn)生排斥或吸引力而定，其大小和兩原子的間距有密切的關(guān)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(yīng)的原子力變化量，轉(zhuǎn)換為晶體表面原子的排列圖像。圖13-30原子力顯微鏡（AFM）的工作原理示意圖。(a)(b)(c)利用微影蝕刻技術(shù)，在矽晶體上所製出的(a)AFM懸臂、(b)圓錐形探針、和(c)探針尖端的電子顯微鏡圖像。掃描探針顯微術(shù)（SPM)的應(yīng)用一、不僅用於顯示原子圖像，也可用於驅(qū)動或操控原子，可稱為奈米科技研究的推手。

利用掃描穿隧顯微鏡的針尖，逐個驅(qū)動直徑小於一奈米的碳六十球形分子（C60，又稱為巴克球），構(gòu)成世界