Введение
Чистый полупроводник без присутствия каких-либо значительных допантов. Внутренний полупроводник, также называемый чистым, недедопированным или полупроводником типа i, представляет собой полупроводник, не содержащий значительных концентраций допантов. Количество носителей заряда в таком полупроводнике определяется свойствами самого материала, а не количеством примесей. В внутренних полупроводниках концентрация возбужденных электронов равна концентрации дырок: n = p. Это может сохраняться даже после допирования полупроводника, но только если он допирован донорами и акцепторами в равных концентрациях. В этом случае равенство n = p остается в силе, и полупроводник остается внутренним, хотя и допированным. Это означает, что некоторые полупроводники могут быть одновременно внутренними и внешними, но только при условии, что n (концентрация донорных допантов/возбужденных электронов) равна p (концентрация акцепторных допантов/вакантных дырок, действующих как положительные заряды). Электрическая проводимость химически чистых полупроводников может подвергаться влиянию кристаллографических дефектов, возникающих в процессе производства (например, вакансий), некоторые из которых могут проявлять свойства, аналогичные допантам. Однако их влияние часто можно пренебречь, и тогда количество электронов в зоне проводимости точно равно количеству дырок в валентной зоне. Проводимость тока во внутреннем полупроводнике обусловлена исключительно возбуждением электронов через запрещенную зону, которая обычно невелика при комнатной температуре, за исключением полупроводников с узкой запрещенной зоной, таких как… Проводимость полупроводника может быть смоделирована на основе зонной теории твердых тел. Зонная модель полупроводника предполагает, что при обычных температурах существует ненулевая вероятность перехода электронов в зону проводимости и участия в электрической проводимости. Кристалл кремния отличается от изолятора тем, что при любой температуре выше абсолютного нуля существует ненулевая вероятность выбивания электрона из его положения в кристаллической решетке, что приводит к образованию дефицита электрона, называемого "дыркой". При приложении напряжения как электроны, так и дырки могут вносить вклад в небольшой электрический ток.
An intrinsic semiconductor, also called a pure semiconductor, undoped semiconductor or i type semiconductor, is a semiconductor without any significant dopant species present. The number of charge carriers is therefore determined by the properties of the material itself instead of the amount of impurities. In intrinsic semiconductors the number of excited electrons and the number of holes are equal: n = p. This may be the case even after doping the semiconductor, though only if it is doped with both donors and acceptors equally. In this case, n = p still holds, and the semiconductor remains intrinsic, though doped. This means that some conductors are both intrinsic as well as extrinsic but only if n (electron donor dopant/excited electrons) is equal to p (electron acceptor dopant/vacant holes that act as positive charges). The electrical conductivity of chemically pure semiconductors can still be affected by crystallographic defects of technological origin (like vacancies), some of which can behave similar to dopants. Their effect can often be neglected, though, and the number of electrons in the conduction band is then exactly equal to the number of holes in the valence band. The conduction of current of intrinsic semiconductor is enabled purely by electron excitation across the band gap, which is usually small at room temperature except for narrow bandgap semiconductors, like
The conductivity of a semiconductor can be modeled in terms of the band theory of solids. The band model of a semiconductor suggests that at ordinary temperatures there is a finite possibility that electrons can reach the conduction band and contribute to electrical conduction. A silicon crystal is different from an insulator because at any temperature above absolute zero, there is a non zero probability that an electron in the lattice will be knocked loose from its position, leaving behind an electron deficiency called a "hole". If a voltage is applied, then both the electron and the hole can contribute to a small current flow.
Электроны и дыры
В собственном полупроводнике, таком как кремний, при температурах выше абсолютного нуля, некоторые электроны возбуждаются через запрещенную зону в зону проводимости, и эти электроны способны проводить электрический ток. Когда электрон в чистом кремнии переходит через запрещенную зону, он оставляет после себя вакансию электрона, или "дырку", в кристаллической решетке кремния. Под воздействием внешнего напряжения как электроны, так и дырки могут перемещаться по материалу. В полупроводнике n-типа примесь добавляет дополнительные электроны, значительно увеличивая проводимость. В полупроводнике p-типа примесь создает дополнительные вакансии или дырки, что также увеличивает проводимость. Однако именно поведение p-n перехода является ключом к огромному разнообразию твердотельных электронных устройств.
Полупроводниковый ток
Ток, протекающий в собственном полупроводнике, состоит из электронного и дырочного компонентов. Это означает, что электроны, освободившиеся от своих узлов кристаллической решетки в зону проводимости, могут перемещаться по материалу. Кроме того, другие электроны могут перескакивать между узлами решетки, заполняя вакансии, образовавшиеся после освобождения электронов. Этот дополнительный механизм называется переносом заряда дырками, поскольку создается впечатление, что дырки перемещаются по материалу в направлении, противоположном движению свободных электронов. Величина тока в собственном полупроводнике зависит от плотности энергетических состояний, которая, в свою очередь, влияет на концентрацию электронов в зоне проводимости. Этот ток сильно зависит от температуры.