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????只有強(qiáng)大的意志，才能成就最艱難的選擇。

——CSDN@厲昱辰

目錄

????一、半導(dǎo)體

????二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)

?????三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子

????四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度

定義：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

一、半導(dǎo)體

物質(zhì)的導(dǎo)電性能決定于原子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體一般為低價(jià)元素，它們的最外層電子極易掙脫原子核的束縛成為自由電子，在外電場的作用下產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。高價(jià)元素(如惰性氣體)或高分子物質(zhì)(如橡膠),它們的最外層電子受原子核束縛力很強(qiáng),很難成為自由電子，所以導(dǎo)電性極差，成為絕緣體。常用的半導(dǎo)體材料硅(Si)和鍺(Ge)均為四價(jià)元素,它們的最外層電子既不像導(dǎo)體那么容易掙脫原子核的束縛，也不像絕緣體那樣被原子核束縛得那么緊，因而其導(dǎo)電性介于二者之間。

在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體中,人為地?fù)饺胩囟ǖ碾s質(zhì)元素時(shí),導(dǎo)電性能具有可控性;并且,在光照和熱輻射條件下,其導(dǎo)電性還有明顯的變化;這些特殊的性質(zhì)就決定了半導(dǎo)體可以制成各種電子器件。

二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)

將純凈的半導(dǎo)體經(jīng)過一定的工藝過程制成單晶體,即為本征半導(dǎo)體。晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣,稱為晶格。由于相鄰原子間的距離很小,因此,相鄰的兩個(gè)原子的一對最外層電子(即價(jià)電子)不但各自圍繞自身所屬的原子核運(yùn)動(dòng),而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上,成為共用電子,這樣的組合稱為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu),如圖所示。

?三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子

晶體中的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力,因此,在常溫下,僅有極少數(shù)的價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)(熱激發(fā))獲得足夠的能量，從而掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子。與此同時(shí),在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位置，稱為空穴。原子因失掉一個(gè)價(jià)電子而帶正電，或者說空穴帶正電。在本征半導(dǎo)體中自由電子與空穴是成對出現(xiàn)的,即自由電子與空穴數(shù)目相等,如圖所示。這樣，若在本征半導(dǎo)體兩端外加一電場，則一方面自由電子將產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電子電流;另一方面由于空穴的存在，價(jià)電子將按一定的方向依次填補(bǔ)空穴，也就是說空穴也產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成空穴電流。由于自由電子和空穴所帶電荷極性不同，所以它們的運(yùn)動(dòng)方向相反，本征半導(dǎo)體中的電流是兩個(gè)電流之和。

?運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。導(dǎo)體導(dǎo)電只有一種載流子，即自由電子導(dǎo)電;而本征半導(dǎo)體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)。

四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度

半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。自由電子在運(yùn)動(dòng)的過程中如果與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在一定的溫度下,本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子與空穴對，與復(fù)合的自由電子與空穴對數(shù)目相等，故達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。換言之，在一定溫度下，本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的,并且自由電子與空穴的濃度相等。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)加劇,掙脫共價(jià)鍵束縛的自由電子增多，空穴也隨之增多，即載流子的濃度升高，因而必然使得導(dǎo)電性能增強(qiáng)。反之，若環(huán)境溫度降低，則載流子的濃度降低，因而導(dǎo)電性能變差，可見，本征半導(dǎo)體載流子的濃度是環(huán)境溫度的函數(shù)。理論分析表明，本征半導(dǎo)體載流子的濃度為

式中和分別表示自由電子與空穴的濃度()，T為熱力學(xué)溫度，k為玻爾茲曼常數(shù)(),為熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量，又稱禁帶寬度(硅為1.21eV,鍺為0.785eV)，是與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級(jí)密度有關(guān)的常量(硅為,鍺為)。

上式表明，當(dāng)T=0K時(shí)，自由電子與空穴的濃度均為零，本征半導(dǎo)體成為絕緣體；在一定范圍內(nèi)，當(dāng)溫度升高時(shí)，本征半導(dǎo)體載流的濃度近似按指數(shù)曲線升高。在常溫下， 即T=300K時(shí)，

硅材料的本征載流子濃度：

鍺材料的本征載流子濃度：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-441855.html

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