本征半导体

一、本征半导体的导电特性1.导体、绝缘体和半导体自然界中的物质从其电结构和导电性能上区分，可分为导体、绝缘体和半导体。

如金、银、铜、铝、铁等金属材料很容易导电，我们称它们为导休。

导体的电阻率小于10-6cm。

如陶瓷、云母、塑料、橡胶等物质很难导电，我们称它们为绝缘体。

绝缘体的电阻率大于108cm。

有一类物质，如硅、锗、硒、硼及其一部分化合物等，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称之为半导体。

半导体的电阻率在10-6～108之间。

众所周知，导体具有良好的导电性，绝缘体具有良好的绝缘性，它们都是很好的电工材料。

我们用导体制成电线，用绝缘体来防止电的浪费和保障安全。

而半导体却在很长时间被人们所不齿，因为它的导电性能不好，绝缘性能又差。

然而它的不公正待遇随着人们对它所产生的愈来愈浓厚的兴趣消失了，它终于登上了大雅之堂！这是为什么呢？这是因为它具有一些可以被人们所利用的奇妙特性。

半导体在不同情况下，导电能力会有很大差别，有时犹如导体。

在什么情况下呢？①掺杂：在纯净的半导体中适当地掺入极微量（百万分之一）的杂质，就可以引起其导电能力成百万倍的增加。

②温度：当温度稍有变化，半导体的导电能力就会有显著变化。

如温度稍有增高，半导体的电阻率就会显著减小。

同理光照也会影响半导体的导电能力。

2.本征半导体的原子结构本征半导体——非常纯净且原子排列整齐的半导体。

（纯度约为99.999999999%。

即杂质含量为10的9次方分之一。

）硅原子一14个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在三层电子轨道上。

锗原子一32个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在四层电子轨道上。

由于原子核带正电与电子电量相等，正常情况下原子呈中性。

由于内层电子受核的束缚较大，很少有离开运动轨道的可能。

所以它们和原子核一起组成惯性核。

外层电子受原子核的束缚较小。

叫做价电子。

硅、锗都有四个价电子，故都是四价元素，其简化图见电子课件。

半导体基础知识（详细篇）2.1.1概念根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。

1.导体：容易导电的物体。

如：铁、铜等2.绝缘体：几乎不导电的物体。

如：橡胶等3.半导体：半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体。

在一定条件下可导电。

半导体的电阻率为10-3～109Ω·cm。

典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

半导体特点：1)在外界能源的作用下，导电性能显著变化。

光敏元件、热敏元件属于此类。

2)在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。

二极管、三极管属于此类。

2.1.2本征半导体1.本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。

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”。

它在物理结构上呈单晶体形态。

电子技术中用的最多的是硅和锗。

硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。

其简化原子结构模型如下图：外层电子受原子核的束缚力最小，成为价电子。

物质的性质是由价电子决定的。

2.本征半导体的共价键结构本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。

共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。

如下图所示：硅晶体的空间排列与共价键结构平面示意图3.共价键共价键上的两个电子是由相邻原子各用一个电子组成的，这两个电子被成为束缚电子。

束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有足够的能量，不易脱离轨道。

因此，在绝对温度T=0°K（-273°C）时，由于共价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子，不导电。

只有在激发下，本征半导体才能导电。

4.电子与空穴本征激发电子与空穴的产生当导体处于热力学温度0°K时，导体中没有自由电子。

当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。

在了解本征层之前，我们先来了解本征得意思。

本征二字顾名思义，就是本身的特征！比如在半导体中，本征半导体的意思是纯净无杂质的半导体。

如果在半导体晶体结构中有杂质则就不能成为本征半导体。

本征半导体本征半导体（intrinsic semiconductor)）完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。

但实际半导体不能绝对的纯净，此类半导体称为杂质半导体。

本征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。

更通俗地讲，完全纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体或I型半导体。

主要常见代表有硅、锗这两种元素的单晶体结构。

特点:电子浓度=空穴浓度，随着温度的升高，其浓度基本上是按指数规律增长的。

（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！在绝对零度温度下，本征半导体的价带（valence band）是满带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。

太阳电池的发射区、本征层？发射区就是注入载流子的区，一般为高掺杂区，除此以外就是本征区和收集区了，本征层就是没有掺杂的区域，你可以看看施敏写的半导体器件这本书，比较基础。

PN结与PIN结的区别？PN结和PIN结是两种最基本的器件结构，也是两种重要的二极管。

从结构和导电机理上来说，它们有许多共同点，但是也存在不少的差异。

本征半导体和非本征半导体的概念下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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半导体的导电特性根据物质的导电能力可分为导体、半导体和绝缘体三大类，顾名思义半导体的导电能力介于导体绝缘体之间。

硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。

半导体的导电特性热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。

光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。

掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等)。

1．本征半导体本征半导体：完全纯净的、不含其它杂质的半导体通称本征半导体。

用得最多的是硅和锗，图1所示是硅和锗的原子结构图，它们都是四价元素，在原子的最外层轨道上都有四个价电子。

(a) 锗Ge (b) 硅Si图1 硅和锗的原子结构在本征半导体中，每个原子的一个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对，并且对两个原子所共有，因此称为共价键。

由共价键结构形成的半导体其原子排列都比较整齐，形成晶体结构，因此半导体又称为晶体，如图2所示。

图2 晶体中原子的排列方式本征半导体的导电机理在本正半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合，每一个原子的一个价电子与另一个原子的一个价电子组成一个电子对。

这对价电子是每两个相邻原子共有的，它们把相邻原子结合在一起，构成所谓的共价键结构，如图3所示。

图3 硅单晶中的共价键结构在共价键结构的晶体中，每个原子的最外层都有八个价电子，因此都处于比较稳定的状态。

只有当共价键中的电子获得一定能量（环境温度升高或受到光照射）后，价电子方可挣脱原子核的束缚成为自由电子，并且在共价键中留下一个空位，称为空穴。

如图4所示。

图4 空穴和自由电子的形成在一般情况下，本征半导体中自由电子和空穴的数量都比较少，其导电能力很低。

由于本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，因此在一定温度下，它们的产生和复合将达到动态平衡，使自由电子和空穴维持在一定数目上。

半导体物理学名词解释1、直接复合：电子在导带与价带间直接跃迁而引起非平衡载流子的复合。

2、间接复合：指的是非平衡载流子通过复合中心的复合。

3、俄歇复合：载流子从高能级向低能级跃迁发生电子-空穴复合时，把多余的能量传给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回到低能级时，多余的能量常以声子的形式放出，这种复合称为俄歇复合，显然这是一种非辐射复合。

4、施主杂质：V族杂质在硅、锗中电离时，能够施放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质或n型杂质。

5、受主杂质：Ⅲ族杂质在硅、锗中能够接受电子而产生导电空穴，并形成负点中心，所以称它们为受主杂质或p型杂质。

6、多数载流子：半导体材料中有电子和空穴两种载流子。

在N 型半导体中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。

在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。

7、能谷间散射：8、本征半导体：本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。

9、准费米能级：半导体中的非平衡载流子，可以认为它们都处于准平衡状态（即导带所有的电子和价带所有的空穴分别处于准平衡状态）。

对于处于准平衡状态的非平衡载流子，可以近似地引入与Fermi能级相类似的物理量——准Fermi能级来分析其统计分布；当然，采用准Fermi能级这个概念，是一种近似，但确是一种较好的近似。

基于这种近似，对于导带中的非平衡电子，即可引入电子的准Fermi能级；对于价带中的非平衡空穴，即可引入空穴的准Fermi能级。

10、禁带：能带结构中能态密度为零的能量区间。

11、价带：半导体或绝缘体中，在绝对零度下能被电子沾满的最高能带。

12、导带：导带是自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。

13、束缚激子：等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这一中心由于库仑作用又能俘获另一种带电符号相反的载流子从而成为定域激子，称为束缚激子。

14、浅能级杂质：在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子，往往就是能够提供载流子（电子或空穴）的施主、受主杂质，它们在半导体中形成的能级都比较靠近价带顶或导带底，因此称其为浅能级杂质。

本征半导体的作用
在当今电子器件的制造过程中，本征半导体发挥着非常重要的作用。

本征半导体是一种在纯度较高的条件下制备的半导体材料，在没有外部杂质的情况下，仅依靠自身的元素构成。

本征半导体的作用可以从以下几个方面来进行阐述：
1. 半导体器件的基础材料
本征半导体是半导体器件的基础材料之一。

在制造半导体器件过程中，工程师们会根据需要选择不同种类的半导体材料，而本征半导体由于其纯度高、稳定性好的特点，通常被用作制备半导体器件的基础材料。

2. 能量带隙的调控
本征半导体的能量带隙是器件功能实现的关键。

通过控制本征半导体的掺杂程度，可以调节其能带结构，从而改变半导体材料的导电性质。

这种能量带隙的调控在半导体器件的设计及性能优化中起着至关重要的作用。

3. 电子与空穴的传输
在半导体器件中，电子与空穴的传输是电流的主要载体。

本征半导体中电子与空穴的生成与传输过程对器件的性能有着直接影响。

通过对本征半导体的控制，可以调节电子与空穴的浓度和迁移率，进而优化器件的导电性能。

4. 光电器件的应用
本征半导体也被广泛应用于光电器件领域。

在光电器件中，本征半导体通过光生载流子效应可以实现对光信号的探测和转换。

其优异的光电转换效率使得本征半导体在激光器、太阳能电池等器件中得到了广泛的应用。

总而言之，本征半导体作为半导体器件的基础材料，在电子器件及光电器件领域发挥着重要作用。

通过对其性质和制备过程的深入研究，我们可以更好地理解和利用本征半导体的特性，进一步推动半导体技术的发展与应用。

本征n型半导体本征n型半导体是一种具有特殊电子结构的材料，具有重要的应用价值和研究意义。

它在半导体器件制造、光电子学、能源转换等领域有着广泛的应用。

本文将从本征n型半导体的特点、应用以及未来发展方向等方面进行介绍。

1. 本征n型半导体的特点本征n型半导体是指在纯净的半导体材料中，掺入少量五价元素（如磷、砷等）所形成的半导体材料。

在本征n型半导体中，掺杂的五价元素会取代半导体晶格中的四价元素，使得晶格中出现额外的电子，形成自由电子。

这些自由电子在导体中具有高度的流动性，从而使得本征n型半导体具有良好的导电性能。

2. 本征n型半导体的应用本征n型半导体在半导体器件制造中有着重要的应用。

例如，使用本征n型半导体可以制造出高效的电子器件，如晶体管和场效应管。

这些器件在电子通信、计算机和消费电子等领域有着广泛的应用。

此外，本征n型半导体还可用于制造光电子器件，如发光二极管和激光器。

这些器件在光通信、显示技术和照明等领域发挥着重要的作用。

3. 本征n型半导体的未来发展方向随着科技的不断进步，本征n型半导体的研究和应用也在不断发展。

未来，本征n型半导体的发展方向主要体现在以下几个方面：（1）提高导电性能：研究人员将继续探索新的材料和新的制备技术，以提高本征n型半导体的导电性能。

例如，可以通过控制材料的晶格结构和掺杂浓度来提高本征n型半导体的导电性能。

（2）拓展应用领域：本征n型半导体不仅在电子和光电子领域有着广泛的应用，还可以应用于能源转换领域。

例如，利用本征n型半导体的光电转换性能，可以制造出高效的太阳能电池和光催化材料，用于太阳能利用和环境净化。

（3）提高制备工艺：为了更好地应用本征n型半导体，研究人员将继续改进制备工艺，以提高器件的性能和可靠性。

例如，可以通过优化晶体生长过程、改善掺杂工艺和提高器件结构设计等方式来实现。

本征n型半导体作为一种重要的材料，在电子和光电子领域有着广泛的应用。

随着科技的不断发展，本征n型半导体的研究和应用将不断取得新的突破，为人类的生活带来更多的便利和创新。

本征和杂质半导体本征和杂质半导体所谓半导体，顾名思义，就是它的导电能力介乎导体和绝缘体之间。

用得最多的半导体是锗和硅，都是四价元素。

将锗或硅材料提纯后形成的完全纯净、具有晶体结构的半导体就是本征半导体。

半导体的导电能力在不同条件下有很大差别。

一般来说，本征半导体相邻原子间存在稳固的共价键，导电能力并不强。

但有些半导体在温度增高、受光照等条件下，导电能力会大大增强，利用这种特性可制造热敏电阻、光敏电阻等器件。

更重要的是，在本征半导体中掺入微量杂质后，其导电能力就可增加几十万乃至几百万倍，利用这种特性就可制造二极管、三极管等半导体器件。

半导体的这种与导体和绝缘体截然不同的导电特性是由它的内部结构和导电机理决定的。

在半导体共价键结构中，价电子（原子的最外层电子）不像在绝缘体（8价元素）中那样被束缚得很紧，在获得一定能量（温度增高、受光照等）后，即可摆脱原子核的束缚（电子受到激发），成为自由电子，同时共价键中留下的空位称为空穴。

在外电场的作用下，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子作定向运动形成的电子电流，一是仍被原子核束缚的价电子（不是自由电子）递补空穴形成的空穴电流。

也就是说，在半导体中存在自由电子和空穴两种载流子，这是半导体和金属在导电机理上的本质区别。

本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合，在一定温度下达到动态平衡，载流子便维持一定数目。

温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好。

所以，温度对半导体器件性能的影响很大。

本征半导体的导电特性常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。

所谓单晶，是指整块晶体中的原子按一定规则整齐地排列着的晶体。

非常纯净的单晶半导体称为本征半导体。

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”。

它在物理结构上呈单晶体形态。

(1) 本征半导体的共价键结构硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。

它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。