半导体
本征半导体
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设想一块完美洁净的硅晶体——什么都没加,没有杂质,每个原子都与邻居牢牢相扣。在很低的温度下,它几乎完全不导电,因为每个电子都忙着把晶体绑在一起,没有谁能自由游走。它静静地处在金属与绝缘体之间:金属轻易导电,绝缘体几乎不导电。
本征半导体正是这样一种东西:一种纯净材料,其中唯一能动的电荷全都来自热。给晶体加热,会从化学键里摇松几个电子,每个逃出来的电子还会在身后留下一个空位,叫做空穴,这个空穴也像一个会移动的电荷。所以电子和空穴总是成对、等数地产生。温度越高,挣脱出来的对就越多,晶体也就导电得越好。
它之所以重要,是因为纯硅是一个诚实的起点——在工程师有意添加杂质去操控它之前的一块空白画布。一个常见的误解是,以为“半导体”指的是一种本身就导电中等的材料。事实上,纯净的本征材料导电相当差;真实芯片里几乎所有有用的行为,都来自添加微量、精心挑选的杂质,这一步叫做掺杂。
室温下的纯硅,大约每十万亿个原子才有一对能动的电子—空穴对——少到晶体几乎像绝缘体。轻轻加热,它的导电能力会迅速攀升,这与金属恰好相反:金属一受热,导电反而变差。
在本征硅中,热(而非杂质)是载流子的唯一来源。
由于电子和空穴等数生成,本征半导体整体呈电中性,对两类载流子一视同仁——只有在掺杂之后,才会出现让器件变得有用的那种不对称。
又称
另见