半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性
自然界的各種物質(zhì)就其導(dǎo)電性能來(lái)說(shuō)，可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類(lèi)。
半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，如硅、鍺等，它們的電阻率通常在之間。半導(dǎo)體之所以得到廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗膶?dǎo)電能力受摻雜、溫度和光照的影響十分顯著。如純凈的半導(dǎo)體單晶硅在室溫下電阻率約為 ，若按百萬(wàn)分之一的比例摻入少量雜質(zhì)（如磷）后，其電阻率急劇下降為 ，幾乎降低了一百萬(wàn)倍。半導(dǎo)體具有這種性能的根本原因在于半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)的特殊性。
1.1.1 本征半導(dǎo)體
(a)鍺Ge????????? (b)硅Si
圖1.1.1 鍺和硅原子結(jié)構(gòu)
常用的半導(dǎo)體材料是單晶硅（Si）和單晶鍺（Ge）。所謂單晶，是指整塊晶體中的原子按一定規(guī)則整齊地排列著的晶體。非常純凈的單晶半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。
1.本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)
半導(dǎo)體鍺和硅都是四價(jià)元素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.1.1所示。它們的最外層都有4個(gè)電子，帶4個(gè)單位負(fù)電荷。通常把原子核和內(nèi)層電子看作一個(gè)整體，稱(chēng)為慣性核。慣性核帶有4個(gè)單位正電荷，最外層有4個(gè)價(jià)電子帶有4個(gè)單位負(fù)電荷，因此，整個(gè)原子為電中性。
2.本征激發(fā)
在本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)原子與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合。每一個(gè)原子的價(jià)電子與另一個(gè)原子的一個(gè)價(jià)電子組成一個(gè)電子對(duì)。這對(duì)價(jià)電子是每?jī)蓚€(gè)相鄰原子共有的，它們把相鄰原子結(jié)合在一起，構(gòu)成所謂共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)，如圖1.1.2所示。
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圖 1.1.2 本征硅共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)
一般來(lái)說(shuō)，共價(jià)鍵中的價(jià)電子不完全象絕緣體中價(jià)電子所受束縛那樣強(qiáng)，如果能從外界獲得一定的能量（如光照、升溫、電磁場(chǎng)激發(fā)等），一些價(jià)電子就可能掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，將這種物理現(xiàn)象稱(chēng)作為本征激發(fā)。
理論和實(shí)驗(yàn)表明：在常溫（T＝300K）下，硅共價(jià)鍵中的價(jià)電子只要獲得大于電離能EG（＝1.1eV）的能量便可激發(fā)成為自由電子。本征鍺的電離能更小，只有0.72eV。
當(dāng)共價(jià)鍵中的一個(gè)價(jià)電子受激發(fā)掙脫原子核的束縛成為自由電子的同時(shí)，在共價(jià)鍵中便留下了一個(gè)空位子，稱(chēng)“空穴”。當(dāng)空穴出現(xiàn)時(shí)，相鄰原子的價(jià)電子比較容易離開(kāi)它所在的共價(jià)鍵而填補(bǔ)到這個(gè)空穴中來(lái)使該價(jià)電子原來(lái)所在共價(jià)鍵中出現(xiàn)一個(gè)新的空穴，這個(gè)空穴又可能被相鄰原子的價(jià)電子填補(bǔ)，再出現(xiàn)新的空穴。價(jià)電子填補(bǔ)空穴的這種運(yùn)動(dòng)無(wú)論在形式上還是效果上都相當(dāng)于帶正電荷的空穴在運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)方向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)方向相反。為了區(qū)別于自由電子的運(yùn)動(dòng)，把這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為空穴運(yùn)動(dòng)，并把空穴看成是一種帶正電荷的載流子。
在本征半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子與空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，因此將它們稱(chēng)作為電子-空穴對(duì)。當(dāng)自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到空穴時(shí)可能會(huì)填充進(jìn)去從而恢復(fù)一個(gè)共價(jià)鍵，與此同時(shí)消失一個(gè)“電子-空穴”對(duì)，這一相反過(guò)程稱(chēng)為復(fù)合。
在一定溫度條件下，產(chǎn)生的“電子—空穴對(duì)”和復(fù)合的“電子—空穴對(duì)”數(shù)量相等時(shí)，形成相對(duì)平衡，這種相對(duì)平衡屬于動(dòng)態(tài)平衡，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，“電子-空穴對(duì)”維持一定的數(shù)目。
可見(jiàn)，在半導(dǎo)體中存在著自由電子和空穴兩種載流子，而金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子，這也是半導(dǎo)體與導(dǎo)體導(dǎo)電方式的不同之處。