本征半导体(intrinsic semiconductor)是指完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体,一般是指其导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。典型的本征半导体有硅(Si)、锗(Ge)及砷化镓(GaAs)等。
本征半导体是指化学成分纯净的半导体,它在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态,制造半导体器件必须使用单晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常称为“九个9”。在制造半导体器件的过程中会进一步提高材料的纯度,单晶体不但纯度高,在晶格结构上也是没有缺陷的,用这样的单晶体制造的器件才能保证质量。
典型的本征半导体有硅(Si)、锗(Ge)及砷化镓(GaAs)等。
实际半导体不能绝对地纯净,此类半导体称为杂质半导体。
本征半导体实际应用最多的半导体是硅和锗,它们原子的最外层电子(价电子)都是四个。完全纯净的、结构完整的半导体,称为本征半导体(晶体结构)。
(1)硅和锗的晶体结构
在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,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,每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。
(2)本征半导体的导电机理
(a)在绝对0度和没有外界激发时,价电子被共价键束缚,本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即载流子),不导电,相当于绝缘体。
(b)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。即出现电子-空穴对。温度越高,本征半导体的导电能力越强,温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点。
(3)本征半导体的导电机理
在电场力作用下,空穴吸引临近的电子来填补,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,因此认为空穴也是载流子,是带正电的粒子。
在半导体外加电压的作用下,出现两部分电流:自由电子定向移动、空穴的迁移。
本征半导体中由于电子-空穴数量极少,导电能力极低。实用时采用杂质半导体(P型、N型)。
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