本征半导体

半导体一种材料的导电性是否介于两者之间导体和绝缘体．化学上纯净的半导体，意思是没有杂质，被称为半导体内在半导体或未掺杂的半导体或I型半导体。最常见的内在半导体是硅（Si）和锗（Ge），属于周期表的第IV族。Si和Ge的原子序数为14和32，从而使其电子配置为1S²2 s²2 p⁶3 s²3 p²和1²2 s²2 p⁶3 s²3 p⁶4 s²3 d¹⁰4 p²,分别。

这表明Si和Ge在最外层即价层(用红色表示)各有4个电子。这些电子被称为价电子，对半导体的导电性能起着决定性的作用。

二维硅(锗也是一样)的晶格如图1所示。这里可以看到，硅原子对的每个价电子与相邻硅原子的价电子形成一个共价键。

配对后,本征半导体失去了载流子，载流子就是价电子。因此，在0K时价带将充满电子，而导带将是空的(图2a)。在这一阶段，价带内没有电子能够获得足够的能量越过半导体材料的禁带。因此，本征半导体在0K时充当绝缘体。

而在室温下，热能会导致少量共价键断裂，产生如图3a所示的自由电子。由此产生的电子被激发并从价带进入导带，克服了能量势垒(图2b)。在这个过程中，每个电子都会在价带上留下一个空穴。以这种方式产生的电子和空穴被称为本征载流子，是本征半导体材料表现出的导电性能的原因。

虽然本征半导体能够在室温下进行，但在这里我们可以注意到如此表现出的电导率低，因为只有少量电荷载流子。但随着温度的增加，越来越多的共价键断裂，导致越来越多的自由电子。反过来，自由电子的数量导致更多数量的电子进入来自价带的传导带。随着导通带中的电子群体的增加，本征半导体的电导率也增加。但是，电子的数量（n_我内禀半导体中的空穴数(p_我)．

在申请一个电场这样的一个本征半导体时，电子-空穴对可在其影响下漂移。此时，电子向与外加电场相反的方向运动，而空穴则向电场方向运动，如图3b所示。这意味着电子和空穴运动的方向是相反的。这是因为，作为一个特殊的电子原子通过在其位置留下一个洞，邻近原子的电子通过与该孔重组来说，从而左转。然而在这样做的同时，它将在其位置留下一个洞。这可以被视为在半导体材料中的孔（朝向右侧）的移动。这两个运动虽然朝向方向相反，导致总流动当前的通过半导体。

在数学上载流子的密度本征半导体是由

在这里,
N_c为导带内的有效态密度。
N_v是价乐队中各州的有效密度。
是玻尔兹曼常数。
T是温度。
E_F是费米能量。
E_v表示价频段的水平。
E_c指示导带级别。
是普朗克常数。
米_h为黑洞的有效质量。
米_e是电子的有效质量。