本征半導(dǎo)體,本征半導(dǎo)體的材料,導(dǎo)電特性，特點
(1)本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)
硅和鍺是四價元素,在原子最外層軌道上的四個電子稱為價電子.它們分別與周圍的四個原子的價 電子形成共價鍵.共價鍵中的價電子為這些原子所共有,并為它們所束縛,在空間形成排列有序的晶體. 通常把原子核和內(nèi)層電子看作一個整體,稱為慣性核.慣性核帶有 4 個單位正電荷,最外層有 4 個價電 子帶有 4 個單位負電荷,因此,整個原子為電中性.這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖見圖 1.
(2) 電子空穴對
一般來說,共價鍵中的價電子不完全象絕緣體中價電子所受束縛那樣強,如果能從外界獲得一定的 能量(如光照,升溫,電磁場激發(fā)等) ,一些價電子就可能掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子.這一現(xiàn)象 稱為本征激發(fā)(也稱熱激發(fā)) .
理論和實驗表明:在常溫(T=300K)下,硅共價鍵中的價電子只要獲得大于電離能EG(=1.1eV) 的能量便可激發(fā)成為自由電子.本征鍺的電離能更小,只有 0.72eV.
當共價鍵中的一個價電子受激發(fā)掙脫原子核的束縛成為自由電子的同時,在共價鍵中便留下了一個 空位子,稱為"空穴".當空穴出現(xiàn)時,相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵而填補到這個空穴 中來使該價電子原來所在共價鍵中出現(xiàn)一個新的空穴,這個空穴又可能被相鄰原子的價電子填補,再出 現(xiàn)新的空穴.價電子填補空穴的這種運動無論在形式上還是效果上都相當于帶正電荷的空穴在運動,且 運動方向與價電子運動方向相反.為了區(qū)別于自由電子的運動,把這種運動稱為空穴運動,并把空穴看 成是一種帶正點荷的載流子.
當自由電子在運動過程中遇到空穴時可能會填充進去從而恢復(fù)一個共價鍵,與此同時消失一個"電子 一空穴"對,這一相反過程稱為"復(fù)合",如圖 2 所示.在一定溫度條件下,產(chǎn)生的"電子一空穴對"和復(fù)合 的"電子一空穴對"數(shù)量相等時,形成相對平衡,這種相對平衡屬于動態(tài)平衡,達到動態(tài)平衡時"電子一空 穴對"維持一定的數(shù)目.
可見,在半導(dǎo)體中存在著自由電子和空穴兩種載流子,而金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子,這 也是半導(dǎo)體與導(dǎo)體導(dǎo)電方式的不同之處.
(3) 空穴的移動
自由電子的定向運動形成了電子電流,空穴的定向運動也可形成空穴電流,它們的方向相反.只不 過空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的.
