
【化】 extrinsic semiconductor
本質半導體(Intrinsic Semiconductor)指純淨且結構完整的半導體材料,其電學特性僅由材料本身的本征性質決定,不依賴任何雜質或缺陷。以下是詳細解釋:
純淨性
本質半導體由單一元素(如矽、鍺)或化合物(如砷化镓)構成,晶體中不含故意摻雜的雜質原子。其載流子(電子與空穴)僅由熱激發産生,濃度由能帶結構和溫度決定 。
載流子濃度公式:
$$ n_i = sqrt{N_c N_v}e^{-E_g/(2kT)} $$
其中 (n_i) 為本征載流子濃度,(E_g) 為禁帶寬度,(k) 為玻爾茲曼常數。
電中性平衡
在熱平衡狀态下,電子濃度((n_0))與空穴濃度((p_0))相等,即 (n_0 = p_0 = n_i),材料整體保持電中性 。
兩種過程動态平衡時,載流子濃度穩定 。
材料 | 禁帶寬度(eV) | 300K時 (n_i) (cm⁻³) |
---|---|---|
矽(Si) | 1.12 | (1.5 times 10^{10}) |
鍺(Ge) | 0.66 | (2.4 times 10^{13}) |
砷化镓(GaAs) | 1.43 | (2.1 times 10) |
數據來源:半導體物理标準教材
本質半導體是研究半導體基礎理論的理想模型,實際器件中需通過摻雜調控電導率。其在高溫傳感器、本征光電導器件等特殊領域有應用 。
權威參考來源:
關于“本質半導體”的詳細解釋如下:
本質半導體又稱本征半導體,指在純淨狀态下未摻雜任何雜質元素的半導體材料。其導電性能完全由材料本身的原子結構決定,是研究半導體特性的基礎形态。
導電性
導電能力介于導體與絕緣體之間,且具有負溫度系數特性:溫度升高時電阻減小,導電性增強。
原子結構
以矽(Si)、鍺(Ge)為例,外層有4個價電子,通過共價鍵形成晶體結構。常溫下少數價電子可脫離束縛形成自由電子和空穴,構成導電的載流子。
能帶特性
存在禁帶寬度(價帶與導帶之間的能量差),熱激發可使電子躍遷至導帶,産生電子-空穴對。
本質半導體導電能力較弱,實際應用中常通過摻雜(添加雜質)制成P型或N型半導體,用于制造二極管、晶體管等器件。它是半導體技術的理論基礎,也是集成電路等現代電子器件的起點。
如需進一步了解半導體的摻雜機制或實際應用,可提供補充問題。
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