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📜  本征半导体和非本征半导体

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:37.918000             🧑  作者: Mango

本征半导体和非本征半导体

半导体物质具有位于绝缘体和导体之间的电特性。 Si和Ge是半导体的最大例子。有两种类型的半导体:本征半导体和非本征半导体(p型和n型)。本征型半导体是纯的,但泛型型半导体含有杂质,使其具有导电性。在环境温度下,本征电导率为零,但外在电导率最小。通过掺杂和能带图,本文提供了本征和外征半导体的概述。

本征半导体

  • 在下面的能带图中,导带是空的,但价带是完全填满的。一旦温度升高,就可以为其提供一些热能。作为退出价带的结果,来自价带的电子被提供给导带。

  • 当电子从价带移动到导带时,电子的流动将是随机的。晶体的孔也可以在任何方向自由流动。
  • 结果,该半导体的 TCR 将为负值(电阻温度系数)。 TCR 表明当温度升高时,材料的电阻降低,其电导率升高。

外在半导体

  • 虽然可以掺杂绝缘材料以制成半导体,但也可以掺杂本征半导体以制成非本征半导体。
  • 由于掺杂,非本征半导体分为两类:具有额外电子的原子(n 型表示负电子,来自 V 族)和具有较少电子的原子(p 型表示正电子,来自 III 族)。
  • 掺杂是有目的地将杂质引入非常纯或本征的半导体中,以改变其电特性。半导体的种类决定了杂质。非本征半导体是轻到中度掺杂的半导体。

n 型半导体

结果导致过多的负(n型)电子电荷载流子。掺杂原子通常比主体原子包含一个额外的价电子。 V族元素在IV族固体中的原子置换是最典型的情况。当宿主包含多种类型的原子时,问题变得更加复杂。例如,硅在取代镓时可以充当供体,或者在取代砷化镓等 III-V 半导体中的砷时充当受体。一些供体的价电子比主体少,例如碱金属,它们是大多数固体中的供体。

p型半导体

当掺杂物质被引入时,它会从半导体原子中去除(接受)弱键合的外层电子。电子留下的空位称为空穴,这种掺杂剂也称为受体物质。 p型掺杂的目标是产生大量的空穴。

在硅的例子中,晶格被三价原子交换。结果,通常构成硅晶格的四个共价键之一缺少电子。结果,掺杂原子可以接受来自附近原子的共价键的电子以完成第四键。因此,受主是这些掺杂剂的名称。

当掺杂原子吸收一个电子时,它会导致附近的原子失去一半的链接,从而产生一个空穴。每个空穴都连接到相邻的带负电的掺杂剂离子,从而形成电中性半导体。一旦每个空穴都偏离了晶格,空穴位置处的原子中的一个质子将被“暴露”,这意味着它将不再被电子抵消。这个原子将在其核中包含三个电子和一个空穴,其中将有四个质子。

结果,一个空穴的行为就像一个正电荷。当提供足够多的受体原子时,热激发电子的数量大大超过空穴。在 p 型材料中,空穴是多数载流子,而电子是少数载流子。

内在和外在半导体之间的区别

以下是非本征和本征半导体之间的一些主要区别:

  • 本征半导体始终以其最纯净的形式存在,而本征半导体是通过在纯半导体中掺杂杂质而产生的。
  • 在室温下,与其他材料相比,本征半导体的导电性较差,而非本征半导体的导电性较高。
  • 电子数等于本征半导体中的空穴数,而本征半导体中的电子数不相等。
  • 本征半导体仅依赖于温度,而外征半导体则受温度和存在的污染物数量的影响。
  • 本征半导体没有进一步分类,而N型和p型半导体是非本征半导体中的两种半导体。
  • 硅和锗是本征半导体的两个示例,而掺杂有 Al、In、P、As 和其他元素的 Si 和 Ge 是本征半导体的示例。

示例问题

问题一:什么是n型半导体?

回答:

问题2:什么是P型半导体?

回答:

问题3:在锗金属中掺杂少量铟会有什么结果?

回答:

问题4:由于晶体键的断裂而在其中流动电流的纯半导体晶体的名称是什么?

回答:

问题5:在以下哪种情况下,孔占电流的大部分?

回答: