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| Facebook, TSMC |
大家身在半導體王國（？？？？）的台灣，當然應該多瞭解一些半導體物理R
不過這篇一樣講的是非常基礎的觀念，大家可能會覺得很廢>< 不過還是希望高中及以下的學生或是沒有相關背景的人可以學到一些東西。
半導體
在中學的課程中，大家應該有學到半導體是一種導電度介於導體（如：過渡金屬）和絕緣體之間的一種材料。常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵、硫化鋅等等。因為半導體的特性，我們可以透過一些手段來改變它的導電度，有時候像導體一樣可以讓電流自由流通，有時候又像絕緣體一樣幾乎沒有電流可以通過。因此，半導體材料在電子產業中扮演了很重要的角色，像是手機、電腦裡面很多的二極體、電晶體；也因為半導體材料可以透過光的照射來改變導電度，因此也有許多光電裝置是由半導體構成的，例如光敏電阻、太陽電池等等。這些元件背後的物理如果未來有機會我們再來談談。
參雜/電子與電洞
在製作半導體元件的時候，我們通常會進行「參雜」來改變半導體的性質。沒有進行任何參雜的半導體我們成為i型半導體（intrinsic），我們這邊拿矽這種最常見的半導體材料來當例子好了。在參雜的時候，我們會將矽材料中的一小部分的矽原子改成別的元素，變成n型或p型半導體。大家應該知道矽的外圍有四顆電子，固體矽是非常穩定的八隅體結構，如果大家想知道的話晶體矽的結構長以下這樣，跟鑽石的結構一模一樣，很可愛八。
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| 矽(鑽石)晶體結構 |
在做n型參雜的時候，我們會在矽裡面加一些外圍電子比較多的元素，例如磷（外圍五顆電子），這時候八隅體結構就被破壞了，外圍的九顆電子中有一顆特別不穩定，這時候只要稍有擾動，這顆電子就很容易脫離共價鍵，形成一顆可以飄來飄去的載子（carrier）。相反的，如果在矽裡面參雜外圍電子較少的元素，例如外層有三顆電子的硼，就會變成p型半導體，如果附近有不小心飛離原子核太遠，靠近硼的電子，就很容易被硼周圍八隅體的空缺抓住，這時候就會在那顆電子原本該在的地方留下一個帶正電洞（原本是電中性，但少了一顆帶負電的電子），之後如果又有其他電子靠近也會被這個洞捕獲，在其他地方形成另一個洞，為了方便說明，科學家們把這種洞跑來跑去的現象看成是一顆帶正電的粒子跑來跑去，基本上就是n型半導體中「電子」的正電版，我們稱為「電洞（hole）」，電子和電洞就是半導體材料中的兩種載子。
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| i型半導體(無參雜) |
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| n型半導體(參雜磷)，容易產生電子 |
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| p型半導體(參雜硼)，易產生電洞 |
整理一下這一段的結論：
半導體裡面有載子，分別是電子和電洞。電子比較多的半導體是n型半導體，電洞多的是p型半導體。
不知道大家有沒有發現，n是negative 的意思，p是positive，是在形容載子所帶的電荷，電子帶負電，電洞帶正電。半導體的導電是來自於電子和電洞兩種載子的流動，而這兩種載子的各種狀態決定了半導體材料的電性。
PN接面
接下來要介紹一個半導體很重要的應用（？）在第一段提到的那些元件中，大部分都具有這種結構。PN接面顧名思義，就是把P型半導體跟N型半導體面對面接在一起。接在一起之後，因為兩邊材料的電子、電洞密度不同，會發生擴散現象，n型半導體的電子會跑到p型半導體那邊，而p型半導體的電洞會跑到n型半導體那邊。經過了這樣的擴散作用，兩邊材料原本都是電中性，但n型半導體少了電子（負電）又多了電洞（正電），因此會帶正電，相反地，p型半導體那邊會帶負電。這樣一邊帶正電一邊帶負電會在材料中形成電場，阻止載子們在整個材料中擴散，只有在接面處的一個固定寬度的區域會有以上載子擴散的現象。這個區域我們稱為「空乏區」，為什麼叫空乏區以後有機會再說，在空乏區會有一個n向p的電場，可以有很多的應用。至於有哪些應用也是之後有機會再講，這次的文章就先講到這裡。
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| pn接面電場產生 |