本征半导体

更新时间:2023-06-29 16:44

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(Si)、(Ge)及砷化镓(GaAs)等。

简介

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(Si)、(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

现象

本征导电

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,分别称为电子导电空穴导电。在本征半导体中,这两种载流子的浓度是相等的。随着温度的升高,其浓度基本上是按指数规律增长的。

复合

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。

特征

特点

电子浓度=空穴浓度

注:掺杂的半导体,在一定条件下(例如高温下)也可以具有本征半导体特点。

缺点

载流子少,导电性差,温度稳定性差。

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