本征半导体

本征半导体是一种纯净的具有完整晶体结构的半导体。用来制造半导体器件的材料主要是硅、锗和砷化镓等。它们的最外层电子既不像导体那样容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧，因而其导电性介于两者之间。

将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。由于相邻原子间的距离很小，因此，相邻的两个原子的一对最外层电子不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，形成共价键结构，如图10－1所示（以硅为例）。

在一定的温度下，由于热运动转化为电子的动能，少数价电子由于热激发而获得足够的能量挣脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位置，称为空穴。原子因失掉一个价电子而带正电，或者说空穴带正电。自由电子和空穴都是运载电荷的粒子，称为载流子。同时，自由电子在运动过程中也会填补空位，称为复合。在一定温度下，激发和复合处于动态平衡，在本征半导体中。自由电子与空穴是成对出现的，即自由电子与空穴数目相等，如图10－1所示。这样，若在本征半导体两端外加一电场，则一方面自由电子将产生定向移动，形成电子电流；另一方面由于空穴的存在，价电子将按一定的方向移动，形成空穴电流。由于自由电子和空穴所带电荷极性不同，所以它们的运动方向相反，本征半导体中的电流是这两个电流之和。

图10－1　本征半导体的原子排列及自由电子空穴对

导体导电只有一种载流子，即自由电子导电；而本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半导体导电的特殊性质。

本征半导体受热或光照后产生电子空穴对的物理现象称为本征激发。由于常温下本征激发所产生的电子空穴对数目很少，所以本征半导体导电性能很差。当温度升高或光照增强，本征半导体内原子运动加剧，本征激发的电子空穴对增多，与此同时，又使复合的机会相应增多，最后达到一个新的相对平衡，这时电子空穴对的数目自然比常温时多，所以电子空穴对的数目与温度或光照有密切关系。温度越高或光照越强，本征半导体内载流子数目越多，导电性能越好，这就是本征半导体的热敏性和光敏性。

本征半导体的导电能力会随温度或光照的变化而变化，但是它的导电能力是很弱的。如果在本征半导体中掺入微量其他元素（这些微量元素的原子称为杂质），就使半导体的导电能力大大加强，掺入的杂质越多，半导体的导电能力越强，这就是半导体的杂敏性。