本征半导体与杂质半导体

半导体是一种 电导率在 绝缘体至 导体之间的物质或材料【 维基百科】

依有无加入掺杂剂，半导体可分为：本征半导体、杂质半导体

本征半导体

纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体

常用的半导体材料是硅和锗，它们都是四价元素，在原子结构中最外层轨道上有四个价电子，为了形成稳定结构，它就会和相邻原子之间形成共价键

从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子，但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能象绝缘体那样好

半导体能导电是依靠自由电子，而非价电子
受光照或温度上升影响，共价键中价电子的热运动加剧，一些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子
游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，叫空穴

• 由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发
  • 本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带正电荷的离子
• 受光照或温度上升影响，共价键中其它一些价电子直接跳进空穴，使失电子的原子重新恢复电中性，价电子填补空穴的现象称为复合
  • 参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价电子填补空穴的复合运动称为空穴载流子运动

在一定温度范围内，半导体的电荷载流子浓度会随着温度升高而增加，在宏观上表现为电导率上升、电阻率下降；而在绝对零度时，则成为绝缘体

杂质半导体

本征半导体虽然可以导电，但是由于本征激发的载流子浓度非常低，导电效果非常差

半导体材料有一个可掺杂性，想要提高半导体的导电性能，就可以在本征半导体中通过扩散工艺掺入少量合适的杂质元素，控制掺入杂质元素的浓度，就可以控制杂质半导体的导电性能

按照掺入的杂质元素不同，可形成 N 型半导体和 P 型半导体

N型半导体

在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了 N 型半导体

由于杂质原子的最外层有 5 个价电子，所以除了与其周围硅原子形成共价键外，还多出一个电子，多出的电子不受共价键的束缚，只需获得很少的能量，就成为自由电子

N 型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，故称自由电子为多数载流子(多子)，空穴为少数载流子(少子)，由于杂质原子可以提供电子，故称之为施主原子

N 型半导体主要靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子(自由电子)的浓度就越高，导电性能也就越强

【自由电子是带负电的，因此称之为 N 型半导体 —— negative】

P型半导体

在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了 P 型半导体

由于杂质原子的最外层有 3 个价电子，所以当它们与周围的硅原子形成共价键时，就产生了一个“空位”(空位为电中性)，当硅原子的外层电子填补此空位时，其共价键中便产生一个空穴

P 型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电，由于杂质原子中的空位吸收电子，故称之为受主原子

与 N 型半导体相同，掺入的杂质越多，空穴的浓度就越高，使得导电性能越强

【空穴是带正点的，因此称为 P 型半导体 —— positive】

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【参考】

教材 《模拟电子技术基础（第5版）》清华大学电子学教研组编

视频教程 模拟电子技术基础 上交大 郑益慧主讲

网络资料 本征半导体特点