本征半导体特点
本征半导体特点
纯净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。
把硅或锗材料拉制成单晶体时, 相邻两个原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子, 它们一方面围绕自身的原子核运动, 另一方面又出现在相邻原子所属的轨道上。即价电子不仅受到自身原子核的作用, 同时还受到相邻原子核的吸引。
于是, 两个相邻的原子共有一对价电子, 组成共价键结构。故晶体中, 每个原子都和周围的4个原子用共价键的形式互相紧密地联系起来
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。
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。
由于共价键是定域的,这些带正电的离子不会移动,即不能参与导电,成为晶体中固定不动的带正电离子。
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使本征半导体中又形成一种不同于本征激发下的电荷迁移,为区别于本征激发下自由电子。
载流子的运动,我们把价电子填补空穴的复合运动称为空穴载流子运动。
自由电子载流子运动可以形容为没有座位人的移动;空穴载流子运动则可形容为有座位的人依次向前挪动座位的运动。半导体内部的这两种运动总是共存的,且在一定温度下达到动态平衡。