尽管碳与硅和锗属于同一族,但为什么它不是半导体?
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2021-01-22 14:41 更新 张宇哲 •  6862
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Si和Ge的价带离原子核更远,其能量越高,原子核对其的束缚力越弱。最外层轨道的电子能量最高,由于它们受原子核的吸引力很小,可以跟其他原子发生电子交换或共享电子。 另一方面,C靠近原子核,可在面心立方(FCC,金刚石)结晶中产生类似绝缘体的特性。 但是这并不意味着它不是半导体,只能说明它具有较大的带隙。 正如雅各布奇妙地陈述,半导体性质是由掺杂杂志的种类和表现不同的能力(缺陷)所决定的。

如果人们能够设计出使其更接近经典的“半导体”域(<4eV-电子伏特-微小的能量单位)的带隙,那么它就具有这一特性。如果在其中注入少量塑料薄片,则掺杂的绝缘体通常不会因此变得导电性更高,导体/金属也不会因此变得导电性更低。

金刚石的杂质与硅的是一样的,这是因为碳是第IV类元素。 金刚石掺硼,会使得其能带从5.5降低到5.1(将使金刚石具有颜色),用氮掺杂会进一步降低,降低到4eV或更低,具体降低到多少取决于方法。

那么是不是碳就不可以用作半导体?答案当然是否定的,碳当然可以用作半导体。但是其有特殊的应用。 半导体取决于杂质是否会改变带隙,甚至重掺杂的金刚石也可能是带隙大的半导体,或是绝缘体。因此,要使用它需要吸收大量电压,然而这样巨大的电压会毁坏其他设备。 FCC碳非常紧凑,两个原子之间的距离小于任何其他半导体。原子波函数也较小,因此从统计上看,它们在给定时间内消耗的空间更少。 金刚石是极好的导热体,只因其热膨胀系数与其他材料不同,而导致破裂,因此因祸得福。 作为绝缘体,很难附着在任何物体上。除非您使用纳米加工,否则它将无法正常粘合。 最后一个问题是金刚石钻头会很快断裂,导致它们并不好用。 在半导体工业中,多晶金刚石被用作一种特殊的包装材料,可以在两个表面之间形成一个良好的热界面。该化合物的商业名称是纳米金刚石。

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2021-01-22 14:42 更新 错位时空 •  2441