什么是半导体 什么是本征半导体

导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,称之为半导体。在电子器件中, 常用的半导体材料有硅(Si) 和锗(Ge)。

半导体有如下特点:

① 导电能力介于导体与绝缘体之间;

② 受到外界光和热的刺激时,其导电能力将会有显著变化;

③ 在纯净半导体中,加入微量的杂质, 其导电能力会急剧增强。

本征半导体

纯净的半导体称为本征半导体。由于其原子结构是晶体结构,故半导体管也称为晶体管。半导体硅和锗的原子外层轨道上都有 4 个电子 (通常称为价电子) , 两个相邻的原子共用1 对价电子,形成共价键, 如图 2 .1 所示。在热力学温度零度时, 共价键结构使价电子受原子核束缚较紧,无法挣脱其束缚, 因此晶体中没有自由电子,半导体不能导电。

共价键上的某些电子受外界能量激发(如受热或光照) 后会挣脱共价键束缚, 成为带负电

荷的自由电子。在电场力作用下,自由电子逆着电场方向做定向运动, 形成电子电流。这时半

导体具有一定的导电能力。一般自由电子数量较少,所以半导体的导电能力很弱。

共价键上的电子挣脱共价键束缚成为自由电子的同时,在原来的位置留下一个空位, 称为

空穴。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。

空穴出现后,对邻近原子共价键上的电子有吸引作用。如果邻近共价键的电子进来填补,则其共价键又会产生新的空穴,再吸引其他的电子来填补。从效果上看, 相当于空穴沿着电子填补运动的反方向移动。为了与自由电子移动相区别,把这种电子的填补运动叫做空穴运动,形成的电流叫空穴电流。所以, 半导体中存在两种载流子: 电子和空穴。电子带负电荷, 空穴带正电荷。自由电子和空穴是两种电量相等、性质相反的载流子。

在本征半导体中,自由电子和空穴总是成对出现的, 称为电子 - 空穴对。因此自由电子和空穴两种载流子的浓度是相等的。由于物质运动, 半导体中的电子 - 空穴对不断产生, 同时也不断会有电子填补空穴,使电子 - 空穴对消失, 达到动态平衡时会有确定的电子 - 空穴对浓度。常温下, 载流子很少,导电能力很弱。当温度升高或光照增强时, 激发出的电子 - 空穴对数目增加, 半导体的导电性能将增强。利用本征半导体的这种特性, 可以制成热敏器件和光敏器件,例如热敏电阻和光敏电阻等, 其阻值可以随温度的高低和光照射的强弱而变化。

本征半导体常温下很弱的导电能力,以及对热和光的敏感, 决定了不能直接使用这种材料制造半导体器件。实际的器件材料是采用在本征半导体中掺入微量杂质形成的杂质半导体。