
【化】 extrinsic semiconductor
本质半导体(Intrinsic Semiconductor)指纯净且结构完整的半导体材料,其电学特性仅由材料本身的本征性质决定,不依赖任何杂质或缺陷。以下是详细解释:
纯净性
本质半导体由单一元素(如硅、锗)或化合物(如砷化镓)构成,晶体中不含故意掺杂的杂质原子。其载流子(电子与空穴)仅由热激发产生,浓度由能带结构和温度决定 。
载流子浓度公式:
$$ n_i = sqrt{N_c N_v}e^{-E_g/(2kT)} $$
其中 (n_i) 为本征载流子浓度,(E_g) 为禁带宽度,(k) 为玻尔兹曼常数。
电中性平衡
在热平衡状态下,电子浓度((n_0))与空穴浓度((p_0))相等,即 (n_0 = p_0 = n_i),材料整体保持电中性 。
两种过程动态平衡时,载流子浓度稳定 。
材料 | 禁带宽度(eV) | 300K时 (n_i) (cm⁻³) |
---|---|---|
硅(Si) | 1.12 | (1.5 times 10^{10}) |
锗(Ge) | 0.66 | (2.4 times 10^{13}) |
砷化镓(GaAs) | 1.43 | (2.1 times 10) |
数据来源:半导体物理标准教材
本质半导体是研究半导体基础理论的理想模型,实际器件中需通过掺杂调控电导率。其在高温传感器、本征光电导器件等特殊领域有应用 。
权威参考来源:
关于“本质半导体”的详细解释如下:
本质半导体又称本征半导体,指在纯净状态下未掺杂任何杂质元素的半导体材料。其导电性能完全由材料本身的原子结构决定,是研究半导体特性的基础形态。
导电性
导电能力介于导体与绝缘体之间,且具有负温度系数特性:温度升高时电阻减小,导电性增强。
原子结构
以硅(Si)、锗(Ge)为例,外层有4个价电子,通过共价键形成晶体结构。常温下少数价电子可脱离束缚形成自由电子和空穴,构成导电的载流子。
能带特性
存在禁带宽度(价带与导带之间的能量差),热激发可使电子跃迁至导带,产生电子-空穴对。
本质半导体导电能力较弱,实际应用中常通过掺杂(添加杂质)制成P型或N型半导体,用于制造二极管、晶体管等器件。它是半导体技术的理论基础,也是集成电路等现代电子器件的起点。
如需进一步了解半导体的掺杂机制或实际应用,可提供补充问题。
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