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什么是本征半导体?

发布时间:2012-12-07

本征半导体的简介

本征半导体(intrinsic semiconductor))指的是完全不含杂质且无晶格缺陷,仅依赖本征载流子导电的半导体材料。实际半导体不能绝对地纯净,本征半导体一般是指导电主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。

更通俗地讲,完全纯净的半导体称为本征半导体或I型半导体。用的半导体材料是单晶硅(Si)和单晶锗(Ge) .所谓单晶,是指整块晶体中的原子按一定规则整 齐地排列着的晶体.非常纯净的单晶半导体称为本征半导体. 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%,常称为"九个 9".它在物理结构上呈单晶体形态。

本征半导体
的载流子


本征半导体的载流子

本征半导体的特点

在绝对零度温度下,半导体的价带(valence band)是满带(见能带理论),受到光电注入或热激发后,价带中的部分电子会越过禁带(forbidden band/band gap)进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带(conduction band),价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,称为空穴(hole), 导带中的电子和价带中的空穴合称为电子-空穴对。上述产生的电子和空穴均能自由移动,成为自由载流子(free carrier),它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。

导带中的电子会落入空穴,使电子-空穴对消失,称为复合(recombination)。复合时产生的能量以电磁辐射(发射光子photon)或晶格热振动(发射声子phonon)的形式释放。在一定温度下,电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时本征半导体具有一定的载流子浓度,从而具有一定的电导率。加热或光照会使半导体发生热激发或光激发,从而产生更多的电子-空穴对,这时载流子浓度增加,电导率增加。半导体热敏电阻和光敏电阻 等半导体器件就是根据此原理制成的。常温下本征半导体的电导率较小,载流子浓度对温度变化敏感,所以很难对半导体特性进行控制,因此实际上少用,要掺杂后才实用。


 
本征半导体特点:电子浓度=空穴浓度    

缺点:载流子少,导电性差,温度稳定性差!

半导体中的两种载流子—自由电子和空穴

在热力学温度零度和没有外界能量激发时,价电子受共价键的束缚,晶体中不存在自由运动的电子,半导体是不能导电的。但是,当半导体的温度升高(例如室温300oK)或受到光照等外界因素的影响,某些共价键中的价电子获得了足够的能量,足以挣脱共价键的束缚,跃迁到导带,成为自由电子,同时在共价键中留下相同数量的空穴。空穴是半导体中特有的一种粒子。它带正电,与电子的电荷量相同。把热激发产生的这种跃迁过程称为本征激发。显然,本征激发所产生的自由电子和空穴数目是相同的。

由于空穴的存在,临近共价键中的价电子很容易跳过去填补这个空穴,从而使空穴转移到临近的共价键中去,而后,新的空穴又被其相邻的价电子填补,这一过程持续下去,就相当于空穴在运动。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动与带正电荷的粒子作反方向运动的效果相同,因此我们把空穴视为带正电荷的粒子。可见,半导体中存在两种载流子,即带电荷+q的空穴和带电荷–q的自由电子。

在没有外加电场作用时,载流子的运动是无规则的,没有定向运动,所以形不成电流。在外加电场作用下,自由电子将产生逆电场方向的运动,形成电子电流,同时价电子也将逆电场方向依次填补空穴,其导电作用就像空穴沿电场运动一样,形成空穴电流。虽然在同样的电场作用下,电子和空穴的运动方向相反,但由于电子和空穴所带电荷相反,因而形成的电流是相加的,即顺着电场方向形成电子和空穴两种漂移电流。

在这些材料中,反映了本征半导体等特点,希望能对大家在生活中有所帮助。

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