什么是本征半导体?本征半导体载流子浓度

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通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。

1、本征半导体的晶体结构

在硅和锗晶体中,原子在空间形成规则的晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其它原子位于四面体的顶点,如图1所示。

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图1 晶体中原子的排列方式 图2 共价键结构平面示意图

其中每一个原子最外层的价电子,不仅受到自身原子核的束缚,同时还受到相邻原子核的吸引。因此,价电子不仅围绕自身的原子核运动,同时也围绕相邻原子核运动。于是两个相邻的原子共用一个价电子,即形成了晶体中的共价键结构。如图2所示。

2、本征半导体中的两种载流子

共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子。常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子),它的导电能力为零,相当于绝缘体。在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。如图3所示。在其它力的作用下,空穴吸引邻近的电子来填补,这样的结果相当于空穴的迁移,而空穴的迁移相当于正电荷的移动,因此可以认为空穴是载流子。因此,本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。自由电子在运动中与空穴相遇就会填补空穴,使二者同时消失,这种现象称为复合。一定温度下,本征激发产生的自由电子和空穴对,与复合的自由电子和空穴对数目相等,达到动态平衡。

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图3 空穴和自由电子

本征半导体的导电性很差,且与环境密切相关。本征半导体的这种对温度的敏感性,既可用来制作热敏和光敏器件,又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。

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