什么是半導(dǎo)體 什么是本征半導(dǎo)體

導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料,稱之為半導(dǎo)體。在電子器件中, 常用的半導(dǎo)體材料有硅(Si) 和鍺(Ge)。

半導(dǎo)體有如下特點(diǎn):

① 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間;

② 受到外界光和熱的刺激時(shí),其導(dǎo)電能力將會(huì)有顯著變化;

③ 在純凈半導(dǎo)體中,加入微量的雜質(zhì), 其導(dǎo)電能力會(huì)急劇增強(qiáng)。

本征半導(dǎo)體

純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。由于其原子結(jié)構(gòu)是晶體結(jié)構(gòu),故半導(dǎo)體管也稱為晶體管。半導(dǎo)體硅和鍺的原子外層軌道上都有 4 個(gè)電子 (通常稱為價(jià)電子) , 兩個(gè)相鄰的原子共用1 對(duì)價(jià)電子,形成共價(jià)鍵, 如圖 2 .1 所示。在熱力學(xué)溫度零度時(shí), 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)使價(jià)電子受原子核束縛較緊,無(wú)法掙脫其束縛, 因此晶體中沒(méi)有自由電子,半導(dǎo)體不能導(dǎo)電。

共價(jià)鍵上的某些電子受外界能量激發(fā)(如受熱或光照) 后會(huì)掙脫共價(jià)鍵束縛, 成為帶負(fù)電

荷的自由電子。在電場(chǎng)力作用下,自由電子逆著電場(chǎng)方向做定向運(yùn)動(dòng), 形成電子電流。這時(shí)半

導(dǎo)體具有一定的導(dǎo)電能力。一般自由電子數(shù)量較少,所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。

共價(jià)鍵上的電子掙脫共價(jià)鍵束縛成為自由電子的同時(shí),在原來(lái)的位置留下一個(gè)空位, 稱為

空穴?？昭ǖ某霈F(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個(gè)重要特點(diǎn)。

空穴出現(xiàn)后,對(duì)鄰近原子共價(jià)鍵上的電子有吸引作用。如果鄰近共價(jià)鍵的電子進(jìn)來(lái)填補(bǔ),則其共價(jià)鍵又會(huì)產(chǎn)生新的空穴,再吸引其他的電子來(lái)填補(bǔ)。從效果上看, 相當(dāng)于空穴沿著電子填補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的反方向移動(dòng)。為了與自由電子移動(dòng)相區(qū)別,把這種電子的填補(bǔ)運(yùn)動(dòng)叫做空穴運(yùn)動(dòng),形成的電流叫空穴電流。所以, 半導(dǎo)體中存在兩種載流子: 電子和空穴。電子帶負(fù)電荷, 空穴帶正電荷。自由電子和空穴是兩種電量相等、性質(zhì)相反的載流子。

在本征半導(dǎo)體中,自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的, 稱為電子 - 空穴對(duì)。因此自由電子和空穴兩種載流子的濃度是相等的。由于物質(zhì)運(yùn)動(dòng), 半導(dǎo)體中的電子 - 空穴對(duì)不斷產(chǎn)生, 同時(shí)也不斷會(huì)有電子填補(bǔ)空穴,使電子 - 空穴對(duì)消失, 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)會(huì)有確定的電子 - 空穴對(duì)濃度。常溫下, 載流子很少,導(dǎo)電能力很弱。當(dāng)溫度升高或光照增強(qiáng)時(shí), 激發(fā)出的電子 - 空穴對(duì)數(shù)目增加, 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將增強(qiáng)。利用本征半導(dǎo)體的這種特性, 可以制成熱敏器件和光敏器件,例如熱敏電阻和光敏電阻等, 其阻值可以隨溫度的高低和光照射的強(qiáng)弱而變化。

本征半導(dǎo)體常溫下很弱的導(dǎo)電能力,以及對(duì)熱和光的敏感, 決定了不能直接使用這種材料制造半導(dǎo)體器件。實(shí)際的器件材料是采用在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。