按導電性能分,可分為導體、絕緣體和半導體。自然界中很容易導電的物質稱為導體,金屬一般都是導體。有的物質幾乎不導電,稱為絕緣體,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。有另一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間,稱為半導體,如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。
1、本征半導體
實際應用最多的半導體是硅和鍺,它們原子的最外層電子(價電子)都是四個。完全純凈的、結構完整的半導體,稱為本征半導體(晶體結構)。
(1)硅和鍺的晶體結構
在硅和鍺晶體中,原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣,每個原子都處在正四面體的中心,而四個其它原子位于四面體的頂點,每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵,共用一對價電子。
圖1 硅和鍺的具體結構
(2)本征半導體的導電機理
(a)在絕對0度和沒有外界激發(fā)時,價電子被共價鍵束縛,本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子(即載流子),不導電,相當于絕緣體。
(b)在常溫下,由于熱激發(fā),使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛,成為自由電子,同時共價鍵上留下一個空位,稱為空穴。即出現(xiàn)電子-空穴對。溫度越高,本征半導體的導電能力越強,溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素,這是半導體的一大特點。
(3)本征半導體的導電機理
在電場力作用下,空穴吸引臨近的電子來填補,這樣的結果相當于空穴的遷移,而空穴的遷移相當于正電荷的移動,因此認為空穴也是載流子,是帶正電的粒子。
在半導體外加電壓的作用下,出現(xiàn)兩部分電流:自由電子定向移動、空穴的遷移。
本征半導體中由于電子-空穴數(shù)量極少,導電能力極低。實用時采用雜質半導體(p型、n型)。
2、雜質半導體
在本征半導體中摻入某些微量的雜質,就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。
使自由電子濃度大大增加的雜質半導體稱為n型半導體,使空穴濃度大大增加的雜質半導體稱為p型半導體。
n型半導體:摻入微量5價元素(磷) 多子:電子 少子:空穴
p型半導體:摻入微量3價元素(硼) 多子:空穴 少子:電子
半導體的導電特點:
(1)當受外界熱和光的作用時,它的導電能力明顯變化。
(2)往純凈的半導體中摻雜,會使它的導電能力急劇增加。