用半導體做成的器件其種類十分繁多,其中最主要的是半導體電子器件和半導體光電器件兩大類。

  半導體電子器件 最基本的兩種器件是晶體二極管(簡稱二極體)和晶體三極管(簡稱電晶體)。

  晶體二極管的基本結構是由一塊 P型半導體和一塊N型半導體結合在一起形成一個 PN結。在PN結的交界面處,由於P型半導體中的空穴和N型半導體中的電子要相互向對方擴擴散而形成一個具有空間電荷的偶極層。這偶極層阻止瞭空穴和電子的繼續擴散而使PN結達到平衡狀態。當PN結的P端(P型半導體那邊)接電源的正極而另一端接負極時,空穴和電子都向偶極層流動而使偶極層變薄,電流很快上升。如果把電源的方向反過來接,則空穴和電子都背離偶極層流動而使偶極層變厚,同時電流被限制在一個很小的飽和值內(稱反向飽和電流)。因此,PN結具有單向導電性。此外,PN結的偶極層還起一個電容的作用,這電容隨著外加電壓的變化而變化。在偶極層內部電場很強。當外加反向電壓達到一定閾值時,偶極層內部會發生雪崩擊穿而使電流突然增加幾個數量級。利用PN結的這些特性在各種應用領域內制成的二極管有:整流二極管、檢波二極管、變頻二極管、變容二極管、開關二極管、穩壓二極管(曾訥二極管)、崩越二極管(碰撞雪崩渡越二極管)和俘越二極管(俘獲等離子體雪崩渡越時間二極管)等。此外,還有利用PN結特殊效應的隧道二極管,以及沒有PN結的肖脫基二極管和耿氏二極管等。

  晶體三極管可分兩大類:第一類是雙極型晶體管,它是由兩個PN結構成,其中一個PN結稱為發射結,另一個稱為集電結。兩個結之間的一薄層半導體材料稱為基區。接在發射結一端和集電結一端的兩個電極分別稱為發射極和集電極。接在基區上的電極稱為基極。在應用時,發射結處於正向偏置,集電極處於反向偏置。通過發射結的電流使大量的少數載流子註入到基區裡,這些少數載流子靠擴散遷移到集電結而形成集電極電流,隻有極少量的少數載流子在基區內復合而形成基極電流。集電極電流與基極電流之比稱為共發射極電流放大系數β。在共發射極電路中,微小的基極電流變化可以控制很大的集電極電流變化,這就是雙極型晶體管的電流放大效應。雙極型晶體管可分為NPN型和PNP型兩類。

  第二類晶體三極管是場效應晶體管。它依靠一塊薄層半導體受橫向電場影響而改變其電阻(簡稱場效應),使具有放大信號的功能。這薄層半導體的兩端接兩個電極稱為源和漏。控制橫向電場的電極稱為柵。根據柵的結構,場效應晶體管可以分為三種:①結型場效應管(用PN結構成柵極);②MOS場效應管(用金屬-氧化物-半導體構成柵極,見金屬-絕緣體-半導體系統);③MES場效應管(用金屬與半導體接觸構成柵極);其中MOS場效應管使用最廣泛。尤其在大規模集成電路的發展中,MOS大規模集成電路具有特殊的優越性。MES場效應管一般用在GaAs微波晶體管上。

  在MOS器件的基礎上,最近又發展出一種電荷耦合器件 (CCD),它是以半導體表面附近存儲的電荷作為信息,控制表面附近的勢阱使電荷在表面附近向某一方向轉移。這種器件通常可以用作延遲線和存儲器等;配上光電二極管列陣,可用作攝像管。

  把晶體二極管、三極管以及電阻電容都制作在同一塊矽芯片上,稱為集成電路。一塊矽芯片上集成的元件數小於 100個的稱為小規模集成電路,從 100個元件到1000 個元件的稱為中規模集成電路,從1000 個元件到100000 個元件的稱為大規模集成電路,100000 個元件以上的稱為超大規模集成電路。集成電路是當前發展計算機所必需的基礎電子器件。許多工業先進國傢都十分重視集成電路工業的發展。近十年來集成電路的集成度以每年增加一倍的速度在增長。目前每個芯片上集成256千位的MOS隨機存儲器已研制成功,正在向1兆位 MOS隨機存儲器探索。

  半導體光電器件 大致可分為四類:光電探測器、發光二極管、半導體激光器和光電池。

  光電探測器的功能是把微弱的光信號轉換成電信號,然後經過放大器將電信號放大,從而達到檢測光信號的目的。光敏電阻是最早發展的一種光電探測器。它利用瞭半導體受光照後電阻變小的效應。此外,光電二極管、光電池都可以用作光電探測元件。十分微弱的光信號,可以用雪崩光電二極管來探測。它是把一個PN結偏置在接近雪崩的偏壓下,微弱光信號所激發的少量載流子通過接近雪崩的強場區,由於碰撞電離而數量倍增,因而得到一個較大的電信號。除瞭光電探測器外,還有與它類似的用半導體制成的粒子探測器。

  半導體發光二極管的結構是一個PN結,它正向通電流時,註入的少數載流子靠復合而發光。它可以發出綠光、黃光、紅光和紅外線等。所用的材料有 GaP、GaAs、GaAs1-xPxGa1-xAlxAs、In1-xGaxAs1-yPy等。

  如果使高效率的半導體發光管的發光區處在一個光學諧振腔內,則可以得到激光輸出。這種器件稱為半導體激光器或註入式激光器。最早的半導體激光器所用的PN結是同質結,以後采用雙異質結結構。雙異質結激光器的優點在於它可以使註入的少數載流子被限制在很薄的一層有源區內復合發光,同時由雙異質結結構組成的光導管又可以使產生的光子也被限制在這層有源區內。因此雙異質結激光器有較低的閾值電流密度,可以在室溫下連續工作。

  當光線投射到一個PN結上時,由光激發的電子空穴對受到PN結附近的內在電場的作用而向相反方向分離,因此在PN結兩端產生一個電動勢,這就成為一個光電池。把日光轉換成電能的日光電池近年來很受人們重視。最先應用的日光電池都是用矽單晶制造的,成本太高,不能大量推廣使用。目前國際上都在尋找成本低的日光電池,用的材料有多晶矽和無定形矽等。

  除瞭上述兩大類半導體器件外,利用半導體的其他特性做成的器件還有熱敏電阻、霍耳器件、壓敏元件、氣敏晶體管和表面波器件等。