導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料,稱之為半導(dǎo)體。在電子器件中, 常用的半導(dǎo)體材料有硅(Si) 和鍺(Ge)。

半導(dǎo)體有如下特點:

① 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間;

② 受到外界光和熱的刺激時,其導(dǎo)電能力將會有顯著變化;

③ 在純凈半導(dǎo)體中,加入微量的雜質(zhì), 其導(dǎo)電能力會急劇增強。

本征半導(dǎo)體

純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。由于其原子結(jié)構(gòu)是晶體結(jié)構(gòu),故半導(dǎo)體管也稱為晶體管。半導(dǎo)體硅和鍺的原子外層軌道上都有 4 個電子 (通常稱為價電子) , 兩個相鄰的原子共用1 對價電子,形成共價鍵, 如圖 2 .1 所示。在熱力學(xué)溫度零度時, 共價鍵結(jié)構(gòu)使價電子受原子核束縛較緊,無法掙脫其束縛, 因此晶體中沒有自由電子,半導(dǎo)體不能導(dǎo)電。

共價鍵上的某些電子受外界能量激發(fā)(如受熱或光照) 后會掙脫共價鍵束縛, 成為帶負電

荷的自由電子。在電場力作用下,自由電子逆著電場方向做定向運動, 形成電子電流。這時半

導(dǎo)體具有一定的導(dǎo)電能力。一般自由電子數(shù)量較少,所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。

共價鍵上的電子掙脫共價鍵束縛成為自由電子的同時,在原來的位置留下一個空位, 稱為

空穴。空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個重要特點。

空穴出現(xiàn)后,對鄰近原子共價鍵上的電子有吸引作用。如果鄰近共價鍵的電子進來填補,則其共價鍵又會產(chǎn)生新的空穴,再吸引其他的電子來填補。從效果上看, 相當于空穴沿著電子填補運動的反方向移動。為了與自由電子移動相區(qū)別,把這種電子的填補運動叫做空穴運動,形成的電流叫空穴電流。所以, 半導(dǎo)體中存在兩種載流子: 電子和空穴。電子帶負電荷, 空穴帶正電荷。自由電子和空穴是兩種電量相等、性質(zhì)相反的載流子。

在本征半導(dǎo)體中,自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)的, 稱為電子 - 空穴對。因此自由電子和空穴兩種載流子的濃度是相等的。由于物質(zhì)運動, 半導(dǎo)體中的電子 - 空穴對不斷產(chǎn)生, 同時也不斷會有電子填補空穴,使電子 - 空穴對消失, 達到動態(tài)平衡時會有確定的電子 - 空穴對濃度。常溫下, 載流子很少,導(dǎo)電能力很弱。當溫度升高或光照增強時, 激發(fā)出的電子 - 空穴對數(shù)目增加, 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將增強。利用本征半導(dǎo)體的這種特性, 可以制成熱敏器件和光敏器件,例如熱敏電阻和光敏電阻等, 其阻值可以隨溫度的高低和光照射的強弱而變化。

本征半導(dǎo)體常溫下很弱的導(dǎo)電能力,以及對熱和光的敏感, 決定了不能直接使用這種材料制造半導(dǎo)體器件。實際的器件材料是采用在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。