本征硅和外征硅

本征硅

硅是半导体的重要元素。硅是第IV类材料。在它的外层轨道上，它有四个价电子，这些价电子与四个相邻硅原子的价电子形成共价键。这些价电子不能用于电。因此,在阿^oK本征硅的行为类似于绝缘子．当温度升高时，由于热能的作用，一些价电子打破了共价键。化学键中由于留下一个自由电子而产生的空位被认为是空穴。换句话说，在任何大于0的温度下^o半导体晶体中的一些价电子获得足够的能量从价带跃迁到导带，并在价带中留下一个空穴。这种能量在室温(即300℃)下约等于1.2 eV^oK)，等于硅的禁带能。

在本征硅晶体中，空穴的数目等于自由电子的数目。因为每个电子离开共价键时都会在断裂的键上留下一个洞。在一定的温度下，总有新的电子-空穴对通过获得热能而产生，但同时，相同数量的电子-空穴对由于复合而失去。因此，在一定的温度下，在一定体积内的硅中，电子-空穴对的数目保持不变。这是一个平衡条件。因此，很明显，在平衡条件下，自由电子浓度n和空穴浓度p相等，这就是本征载流子浓度(n_我）.即n = p = n_我．的原子结构如下所示。

0时本征硅^oK

室温下本征硅

非本征硅

当掺杂适量时，本征硅可以转变为外征硅。当掺杂给体原子(V族元素)时，就变成了V族元素n型半导体当它与受体原子(III族元素)掺杂时，它变成p型半导体．
让少量的V族元素加入本征硅晶体中。V族元素包括磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)。它们有5个价电子。当它们取代硅原子时，四个价电子与邻近的原子形成共价键，第五个电子不参与形成共价键，松散地附着在母原子上，很容易离开原子成为自由电子。硅释放第5个电子所需的能量大约是0.05 eV。这种杂质被称为给体，因为它向硅晶体提供自由电子。硅被称为n型或负型硅，因为电子是带负电荷的粒子。
费米能级在n型硅的导带附近移动。在这里，自由电子的数量比电子的本征浓度增加。另一方面，空穴的数量比固有空穴浓度减少，因为自由电子浓度越大，复合的可能性越大。电子是多数航空公司收取．

含五价杂质的外来硅

如果少量的III族元素被添加到一个固有的半导体晶体，然后它们取代一个硅原子，III族元素，如AI, B, IN，有三个价电子。这三个电子与邻近的原子形成共价键，形成一个空穴。这类杂质原子称为受体。被称为p型半导体的半导体被假定为带正电的空穴。

含三价杂质的外来硅

费米能级下降，更接近p型半导体的价键。这里空穴的数量增加，而电子的数量随着硅的固有载流子浓度的增加而减少，因为这里自由电子在晶体中得到了大量的空穴。在p型半导体中，空穴占大多数航空公司收取．

硅本征载流子浓度

当一个电子由于热激发从价带跃迁到导带时，在导带中的电子和价带中的空穴都产生了自由载流子。这些载流子的浓度称为固有载流子浓度。实际上，在纯硅或本征硅晶体中，空穴数(p)和电子数(n)相等，它们等于本征载流子浓度n_我．因此，n = p = n_我
没有。这些载流子中有多少取决于带隙能量。对于硅，在298时带隙能量为1.2 eV^o随着温度的升高，硅中的K本征载流子浓度增加。硅中的本征载流子浓度是，

这里，T =温度的绝对值
本征载流子浓度在300^oK = 1.01 × 10¹⁰厘米^－3．但之前接受的值是1.5 × 10¹⁰厘米^－3．