本征半导体在一定温度下,原子最外层电子有可能脱离共价键的束缚,从而成为自由电子,留下一个原来束缚电子的地方,叫空穴,电子带负电荷,空穴带正电荷(原来电中性的原子少了一个电子,带正电荷,我们也就叫空穴带正电荷了)
脱离束缚的电子(自由电子)的移动可以导电,空穴周围的价电子(注意是价电子,不是脱离束缚的自由电子)填补空穴,又会形成空穴的移动(价电子移动,空穴向相反方向移动),所以本征半导体中自由电子和空穴都是带电荷的可移动的粒子,称为载流子(所谓载流子就是在外加电场下能做定向运动的粒子,也就是说有载流子的物质才能导电).上述产生电子空穴对的过程叫本征激发,自由电子与空穴重新结合称为载流子的复合.当本征激发与载流子复合的速率达到动态平衡时,本征半导体内载流子浓度就固定不变.
本征激发与温度有关,温度越高,价电子获得能量越大,就越可能脱离共价键束缚,本征激发就越强,载流子浓度就越高,导电性就越好,而在低温时,本证激发弱,载流子浓度低,所以可以将本征半导体看作绝缘体.本征激发受温度影响很大,而且本征半导体本身的导电性就不强,所以实际中的半导体都不是本征半导体,而是掺杂半导体.
本征半导体温度升高后两种载流子浓度相等。
两种载流子的乘积与费米能级无关,对于一定的半导体材料,乘积只决定于温度T.在一定温度下,对不同的半导体材料,因禁带宽度Eg不同,乘积也将不同。
所以,本征半导体温度升高后,两种载流子浓度都会发生变化,根据对本证载流子的推导,两种载流子浓度的表达式一样,因此会相等。
相关知识:
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。
其中每一个原子最外层的价,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。
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。
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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