没有掺杂且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。在绝对零度温度下,半导体的价带(valence band)是满带(见能带理论),受到光电注入或热激发后,价带中的部分电子会越过禁带(forbidden band/band gap)进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带(conduction band),价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,称为空穴(hole),导带中的电子和价带中的空穴合称为电子 - 空穴对。上述产生的电子和空穴均能自由移动,成为自由载流子(free carrier),它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。
本征半导体-特点
这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴,使电子-空穴对消失,称为复合(recombination)。复合时产生的能量以电磁辐射(发射光子photon)或晶格热振动(发射声子phonon)的形式释放。在一定温度下,电子 - 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时本征半导体具有一定的载流子浓度,从而具有一定的电导率。加热或光照会使半导体发生热激发或光激发,从而产生更多的电子 - 空穴对,这时载流子浓度增加,电导率增加。半导体热敏电阻和光敏电阻等半导体器件就是根据此原理制成的。常温下本征半导体的电导率较小,载流子浓度对温度变化敏感,所以很难对半导体特性进行控制,因此实际应用不多。
相对而言,本征半导体中载流子数目极少,导电能力仍然很低。但如果在其中掺入微量的杂质,所形成的杂质半导体的导电性能将大大增强。由于掺入的杂质不同,杂质半导体可以分为N型和P型两大类。
N型半导体中掺入的杂质为磷或其他五价元素,磷原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时,多余的第五个价电子很容易摆脱磷原子核的束缚而成为自由电子,于是半导体中的自由电子数目大量增加,自由电子成为多数载流子,空穴则成为少数载流子。
P型半导体中掺入的杂质为硼或其他三价元素,硼原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时,将因缺少一个价电子而形成一个空穴,于是半导体中的空穴数目大量增加,空穴成为多数载流子,而自由电子则成为少数载流子。
注意,不论是N型半导体还是P型半导体,虽然都有一种载流子占多数,但整个晶体仍然是不带电的。
就是在四价的半导体内加入导电的元素,比如在硅,锗中加入三价的硼或者五价的磷等来提高导电性,加入的愈多,半导体材料的导电性越强。以加入的比例不同分为轻掺杂、中掺杂和重掺杂。
轻掺杂和重掺杂一般同时出现在一个器件里的,因为轻重掺杂的费米能级不一样,所以设计器件的时候有的时候把相同的半导体材料掺杂到不同的浓度实现功能。
扩展资料:半导体的特性:
1,半导体的电阻率随温度上升而明显下降,呈负温度系数的特性,半导体的导电能力随温度的增高而显著增强,有些半导体对温度的反映特别的灵敏,通常利用这种半导体做成热敏元件。
2,十导体的电阻率随光照的不同而改变-半导体的导电能力随光照强度的变化而变化;有些半导体当光照强度很大时变化很大,例如硫化镉薄膜,当无光照时,它的电阻达到几十兆欧姆,是绝缘体;而受到光照时,其电阻只有几十千欧姆。利用半导体的这种特性,我们可以做成各种光敏元件。
3,半导体的电阻率与所含微量杂质的浓度有很大关系,如果在纯净的半导体中掺人微量的其他元素(通常称作掺杂),半导体的导电能力会随着掺杂浓度的变化而发生显著的变化。
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