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半导体物理的基本知识
半导体物理的基本知识
在自然界中，根据物质导电能力的差别，可将它们划分为导体、绝缘体和半导体。
如：金属
如：橡胶、陶瓷、塑料和石英等等
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半导体：
常见的半导体材料有：锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
其中最典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。
这种物质的导电特性处于导体和绝缘体之间。
一. 半导体的共价键结构
硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。
硅原子和锗原子的结构
Ge
Si
+4
半导体的导电性能是由其原子结构决定的。
为方便起见，常表示如下：
半导体的共价键结构图
+4
+4
+4
+4
共价键共用电子对
共
价
键
正离子核
二. 本征半导体
定义：纯净的、不含其他杂质的半导体。
在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚其中，不能成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。
+4
+4
+4
+4
T=0K时本征半导体结构图：
温度升高后，本征半导体结构图
+4
+4
+4
+4
动画演示
自由电子
空穴
温度升高后，本征半导体结构图
+4
+4
+4
+4
动画演示
这一现象称为
本征激发，也
称热激发。
所谓本征激发，就是由于随机热振动致使共价键被打破而产生电子—空穴对的过程。
电子空穴对
温度升高后，本征半导体结构图
+4
+4
+4
+4
电子空穴对
复合：与本征激发现象相反，即自由电子遇到空穴并填补空穴，从而使两者同时消失的现象。
在一定温度下，本征激发与复合这二者产生的电子－空穴对数目相等，达到一种动态平衡。
温度升高后，本征半导体结构图
+4
+4
+4
+4
电子空穴对
注意：
在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，故在任何时候，本征半导体中的自由电子和空穴数总是相等的。
E
＋
－
自由电子——带负电荷，形成电子流
两种载流子
空穴——视为带正电荷，形成空穴流
本征半导体的导电机制
+4
+4
+4
+4
自由电子
空穴
电 子 流
空 穴 流
本征半导体中产生电流的根本原因：共价键中空穴的出现。
空穴越多，载流子数目就越多，形成的电流就越大。
自由电子——带负电荷，形成电子流
E
＋
－
两种载流子
空穴——视为带正电荷，形成空穴流
本征半导体的导电机制
+4
+4
+4
+4
自由电子
空穴
电 子 流
空 穴 流
本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。

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