什麼是本徵半導體和本徵半導體 - 能帶和摻雜？

半導體，顧名思義是一種兼具導體和絕緣體特性的材料。 半導體材料需要一定水平的電壓或熱量來釋放其載流子進行傳導。 這些半導體根據載流子的數量分為“本徵”和“外在”。 本徵載流子是最純淨的半導體形式，具有相同數量的電子（負電荷載流子）和空穴（正電荷載流子）。 使用最廣泛的半導體材料是矽 (Si)、鍺 (Ge) 和砷化鎵 (GaAs)。 讓我們研究這些類型的半導體的特性和行為。什麼是本徵半導體？本徵半導體可以定義為化學純材料，沒有添加任何摻雜或雜質。 最常見的本徵或純半導體是矽 (Si) 和鍺 (Ge)。 半導體在施加一定電壓時的行為取決於其原子結構。 矽和鍺的最外層各有四個電子。 為了穩定彼此附近的原子，基於共享價電子形成共價鍵。 矽晶格結構中的這種鍵合如圖 1 所示。在這裡可以看出，兩個矽原子的價電子配對在一起形成共價鍵。 圖 1. 矽原子的共價鍵所有共價鍵都是穩定的，沒有載流子可用於傳導。 這裡本徵半導體表現為絕緣體或非導體。 現在，如果環境溫度接近室溫，共價鍵就會開始斷裂。 因此，來自價殼層的電子被釋放以參與傳導。 隨著更多數量的載流子被釋放用於傳導，半導體開始表現為導電材料。 下面給出的能帶圖解釋了載流子從價帶到導帶的這種躍遷。能帶圖圖 2(a) 中所示的能帶圖描繪了兩個能級，導帶和價帶。 兩條帶之間的空間稱為禁帶 圖2(a)。 能帶圖 圖 圖2（b）。 半導體中的傳導和價帶電子 當半導體材料受熱或施加電壓時，很少有共價鍵斷裂，從而產生如圖 2 (b) 所示的自由電子。 這些自由電子被激發並獲得能量以克服禁帶並從價帶進入導帶。 當電子離開價帶時，它會在價帶中留下一個空穴。 在本徵半導體中，總是會產生相同數量的電子和空穴，因此它表現出電中性。 電子和空穴都負責在本徵半導體中傳導電流。什麼是本徵半導體？本徵半導體定義為添加雜質或摻雜半導體的材料。 摻雜是故意添加雜質以增加載流子數量的過程。 使用的雜質元素稱為摻雜劑。 由於外在導體中電子和空穴的數量更多，因此它比本徵半導體表現出更大的導電性。 根據使用的摻雜劑，外在半導體進一步分為“N 型半導體”和“P 型半導體”。N 型半導體：N 型半導體摻雜有五價雜質。 五價元素之所以被稱為，是因為它們的價殼中有 5 個電子。 五價雜質的例子是磷 (P)、砷 (As)、銻 (Sb)。 如圖 3 所示，摻雜劑原子通過與四個相鄰的矽原子共享其四個價電子來建立共價鍵。 第五個電子仍然與摻雜劑原子的原子核鬆散結合。 釋放第五電子所需的電離能量非常少，因此它離開價帶並進入導帶。 五價雜質賦予晶格結構一個額外的電子，因此它被稱為施主雜質。圖 3. 帶有施主雜質的 N 型半導體 P 型半導體：P 型半導體摻雜了三價半導體。 三價雜質在它們的價殼中有 3 個電子。 三價雜質的例子包括硼(B)、鎵(G)、銦(In)、鋁(Al)。 如圖 4 所示，摻雜劑原子僅與三個相鄰的矽原子建立共價鍵，並在與第四個矽原子的鍵合中產生一個空穴或空位。 空穴充當電子佔據的正載流子或空間。 因此，三價雜質賦予了一個正空位或空穴，可以很容易地接受電子，因此它被稱為受體雜質。  圖 4. 具有受主雜質的 P 型半導體本徵半導體中的載流子濃度本徵載流子濃度定義為導帶中每單位體積的電子數或價帶中每單位體積的空穴數。 由於施加的電壓，電子離開價帶並在其位置產生正空穴。 該電子進一步進入導帶並參與電流的傳導。 在本徵半導體中，導帶中產生的電子等於價帶中的空穴數。 因此，電子濃度 (n) 等於本徵半導體中的空穴濃度 (p)。 本徵載流子濃度可表示為：n_i=n=p 其中，n_i : 本徵載流子濃度 n : 電子載流子濃度 p : 空穴-載流子濃度本徵半導體的電導率當本徵半導體受熱或施加電壓時，電子從價帶移動到導帶並在價帶中留下正空穴或空位。 隨著更多的共價鍵被破壞，這些空穴再次被其他電子填充。 因此，電子和空穴以相反的方向行進，本徵半導體開始導電。 當許多共價鍵斷裂時，電導率增加，從而釋放出更多的電子空穴進行傳導。 本徵半導體的電導率用電荷載流子的遷移率和濃度來表示。 本徵半導體的電導率表達式如下：半導體 n_i：本徵載流子濃度 μ_e：電子遷移率 μ_h：空穴遷移率請參閱此鏈接以了解有關半導體理論 MCQ 的更多信息

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