半导体理论：定义与基础

我们可以通过价频带和传导带之间的能隙来分类材料。价频带是由价电子组成的频带，并且导通带保持空。当电子从价带跳到导通带时，发生传导，并且这两个带之间的间隙是禁止的能隙。

价带和导带之间的空隙越宽，电子从价带转移到导带所需的能量就越高。在…的情况下导体，这个能隙是不存在的，换句话说就是传导带，价带相互重叠。因此，电子从价带跃迁需要最低能量。导体的典型例子有银、铜和铝。在绝缘体，这个差距很大。

因此，它需要大量的能量来将电子从价转移到导电带。因此，绝缘体是电的差的电力导体。云母和陶瓷是绝缘材料的公知的例子。半导体另一方面，在导体和绝缘体之间有一个能量间隙。

该间隙通常是或多或少1eV，因此，一个电子需要比导体更多的能量，但是小于用于将价带转移到导带的绝缘材料。在低温下，在半导体晶体中的导通带中存在非常少量的电子，但是当温度增加时，越来越多的电子获得足够的能量以从价带迁移到导通带。因此，它们不会在低温下进行电力，但随着温度升高导电性增加。半导体最典型的例子是硅和锗。

半导体的定义

因此,半导体的定义可以如下。

商业上最常用的半导体材料是锗(Ge)和硅(Si)，因为它们具有耐高温的特性。这意味着，能量差不会随着温度的变化而发生显著变化。

给出了Si和GE的能隙和绝对温度之间的关系

式中，T =绝对温度^oK
假设室温为300^oK,

在室温下电阻率介于绝缘体和导体之间的半导体。半导体的电阻率呈负温度系数，这意味着它的电阻率电阻随温度升高而减小。Si和Ge都是IV族元素，即都有4个价电子。两者都与相邻分子形成共价键原子．在绝对零度时，两者都表现得像绝缘体，即价带是满的，导带是空的，但随着温度的升高，越来越多的共价键断裂，电子被释放并跳向导带。

在半导体的上述能带图中。CB是导通带，VB是价带。在0.^oK, VB中充满了所有的价电子。

内在半导体

按半导体理论，其纯形式的半导体称为本征半导体．在纯半导体中，电子数(n)等于空穴数(p)，因此当价电子以共价键结合时，电导率非常低。这里我们写n = p = n_我,其中n_我称为本征浓度。可以证明n_我可以写
在那里,n₀是常数，T是绝对温度，V_G为半导体带隙电压，V_T是热电压。
热电压与温度的关系是V_T= kT /问
式中，k为玻尔兹曼常数(k = 1.381 × 10⁻²³J / K)。
在内在半导体电导率（σ）由两个电子确定（σ_e）和孔（σ_h）并且取决于载体密度。
σ._e=neμ._e，σ._h= peμ_h
电导率，
式中n, p分别为电子数和空穴数。
μ._h，μ._e=自由空穴和电子的迁移率
N = N = p
由承运人承担费用

外部半导体

按半导体理论，纯度的半导体被称为非本征半导体．外在半导体是通过加入少量杂质形成的。根据所添加杂质的类型，我们有两种类型的半导体:n型和p型半导体．在100万份半导体中，加入一部分杂质。

N型半导体

在这种类型的半导体中，多数载流子是电子，少数载流子是空穴。n型半导体通过在纯半导体晶体中添加五价（五价电子）杂质，例如，形成。P. AS，SB。

五价杂质的五个价电子中有四个与硅原子形成共价键，其余的电子可以在晶体内任意移动。五价杂质给硅提供电子，因此n型杂质原子被称为给体原子。这提高了纯硅的导电性。大多数载流子是电子，因此电导率仅由这些电子决定，
σ=neμ._e

P型半导体

在这种类型的半导体多个载体中是孔，少数载波是电子。通过在纯半导体晶体中添加三价（三价电子）杂质，例如，通过在纯半导体晶体中添加p型半导体形成。B，Al Ba。

四价杂质的四个价电子中的三个与硅原子形成共价键。这种现象创造了一个我们称之为洞的空间。当温度上升时，来自另一个共价键的电子会跃迁到这个空间。因此，在后面会产生一个洞。传导就是这样发生的。p型杂质接受电子，称为受体原子。大多数载流子是空穴，因此电导率仅由这些空穴决定，
σ=neμ._h