導電性能介于導體與絕緣體之間的材料,稱之為半導體。在電子器件中, 常用的半導體材料有硅(Si) 和鍺(Ge)。

半導體有如下特點:

① 導電能力介于導體與絕緣體之間;

② 受到外界光和熱的刺激時,其導電能力將會有顯著變化;

③ 在純凈半導體中,加入微量的雜質, 其導電能力會急劇增強。

本征半導體

純凈的半導體稱為本征半導體。由于其原子結構是晶體結構,故半導體管也稱為晶體管。半導體硅和鍺的原子外層軌道上都有 4 個電子 (通常稱為價電子) , 兩個相鄰的原子共用1 對價電子,形成共價鍵, 如圖 2 .1 所示。在熱力學溫度零度時, 共價鍵結構使價電子受原子核束縛較緊,無法掙脫其束縛, 因此晶體中沒有自由電子,半導體不能導電。

共價鍵上的某些電子受外界能量激發(如受熱或光照) 后會掙脫共價鍵束縛, 成為帶負電

荷的自由電子。在電場力作用下,自由電子逆著電場方向做定向運動, 形成電子電流。這時半

導體具有一定的導電能力。一般自由電子數量較少,所以半導體的導電能力很弱。

共價鍵上的電子掙脫共價鍵束縛成為自由電子的同時,在原來的位置留下一個空位, 稱為

空穴。空穴的出現是半導體區別于導體的一個重要特點。

空穴出現后,對鄰近原子共價鍵上的電子有吸引作用。如果鄰近共價鍵的電子進來填補,則其共價鍵又會產生新的空穴,再吸引其他的電子來填補。從效果上看, 相當于空穴沿著電子填補運動的反方向移動。為了與自由電子移動相區別,把這種電子的填補運動叫做空穴運動,形成的電流叫空穴電流。所以, 半導體中存在兩種載流子: 電子和空穴。電子帶負電荷, 空穴帶正電荷。自由電子和空穴是兩種電量相等、性質相反的載流子。

在本征半導體中,自由電子和空穴總是成對出現的, 稱為電子 - 空穴對。因此自由電子和空穴兩種載流子的濃度是相等的。由于物質運動, 半導體中的電子 - 空穴對不斷產生, 同時也不斷會有電子填補空穴,使電子 - 空穴對消失, 達到動態平衡時會有確定的電子 - 空穴對濃度。常溫下, 載流子很少,導電能力很弱。當溫度升高或光照增強時, 激發出的電子 - 空穴對數目增加, 半導體的導電性能將增強。利用本征半導體的這種特性, 可以制成熱敏器件和光敏器件,例如熱敏電阻和光敏電阻等, 其阻值可以隨溫度的高低和光照射的強弱而變化。

本征半導體常溫下很弱的導電能力,以及對熱和光的敏感, 決定了不能直接使用這種材料制造半導體器件。實際的器件材料是采用在本征半導體中摻入微量雜質形成的雜質半導體。