主要区别
本征半导体与外在半导体的主要区别在于本征半导体是纯半导体,而外在半导体则包含杂质。
本征半导体(intrinsic semiconductor) vs. 非本征半导体(extrinsic semiconductor)
本征半导体被认为是最纯的半导体。另一方面,当在半导体中加入少量杂质时,半导体被称为外半导体;由于在外禀半导体中添加了杂质,它们比本征半导体具有更好的导电性。
本征半导体也可分为i型半导体或非掺杂半导体。另一方面,本征半导体也被认为是掺杂半导体。本征半导体不分为任何类型,而外本征半导体又分为p型半导体和n型半导体。
在本征半导体中,导带中的电子和价带中的空穴数量相等。另一方面,在非本征半导体中,电子和空穴的数量并不相等;在n型半导体中,电子占大多数,而在p型半导体中,空穴占大多数。
在本征半导体中,禁带的中心具有费米能级。另一方面,在n型非本征半导体中,费米能级位于导带底部附近,而在p型非本征半导体中,费米能级位于价基顶部附近。
在本征半导体中,价带和传导之间有一个很小的带隙。另一方面,非本征半导体比本征半导体具有更高的能隙。本征半导体的导电性取决于温度,而外部半导体的导电性则取决于掺杂杂质的温度和浓度。
本征半导体的例子是硅和锗等。另一方面,非本征半导体的例子是GaAs、GaP等。
比较图
什么是本征半导体(the intrinsic semiconductor)?
“内在”一词代表“纯”,因此,本征半导体是一种纯半导体,不含任何掺杂元素或杂质。这种类型的半导体也被认为是i型半导体或非掺杂半导体。这就是为什么电荷载体的数量是基于材料的性质,而不是杂质的数量。
在本征半导体中,导带中的电子和价带中的空穴数量相等。这里,空穴用p表示,电子用n表示,因此,在本征半导体中,n=p。在这种类型的半导体中,导电性取决于晶体缺陷甚至电子激发。
在本征半导体中,禁带的中心显示费米能级。在帷幔带和传导之间有一个小的带隙。在低温下,电子不太容易被激发到更高的能量状态。所以,电子保持在价带上,没有向导带移动。随着温度的升高,电子被激发并从价带到达导带,导致电流流动。
在周期表中,IV族元素形成本征半导体。然而,锗和硅作为本征半导体发挥着作用,因为它们只需要少量的能量来破坏共价键。硅和锗都有类金刚石的结构。它们都有四个价电子。每一个原子的一个价电子与它相邻的四个原子以晶体形式结合。这些共享电子对形成价带键或共价键。
随着温度的升高,价电子获得更多的能量。由于这种能量,它们会破坏共价键,导致元素的导电性增加。在这里,只有少数原子被热能电离。这种离子化导致键中形成空位。
由于热能,当一个带-q电荷的电子被激发时,它会从键上断裂,从而产生一个带+q电荷的空位。这个带正电荷的空位起到空穴的作用。这些洞也像自由粒子一样,但带有正电荷。在本征或未掺杂半导体中,自由电子的数量与空穴的数目相等,这种现象称为本征载流子浓度。
什么是非本征半导体(the extrinsic semiconductor)?
非本征半导体是在**过程中掺杂任何微量元素或杂质的半导体。加入其中的元素被称为***,而这个过程被称为***。因此,外本征半导体也被称为掺杂半导体。由于在半导体中添加了杂质,这种半导体具有更好的导电性。因此,载流子的数量取决于材料的性质以及所添加的杂质。
非本征半导体显示出更高的能隙。它的传导取决于掺杂杂质的温度和浓度。此外,在非本征半导体中,电子和空穴的数量并不相等。
当掺杂一种材料时,应记住一点:混合在材料中的杂质量不应影响半导体的晶格结构。为了达到这一点,半导体原子和掺杂剂的大小应该是相同的。例如,硅和锗的晶体与三价(3价)和五价(5价)混合,因为它们具有相同的晶体尺寸。
类型
- n型半导体:当纯半导体与五价(价5)元素混合时,得到了这些类型的半导体。当硅与五价元素混合时,它的四个电子将通过与它们形成键而连接到四个相邻的硅原子上。但是,第五个电子将保持松散地附着在母原子上。所以,要使这个电子自由,所需的电离能非常低。这就是为什么这个松散的电子即使在室温下也会在晶格中运动。例如,室温下硅所需的电离能约为1.1ev。但是,在它中加入五价杂质后,这个能量将降低到0.05ev。
- P型半导体:纯半导体与三价(价3)掺杂剂混合后形成P型半导体。例如,在硅原子中加入三价元素后,其三个电子将与相邻的三个硅原子形成键。但是,没有电子自由形成与第四硅原子的键。这一过程导致第四硅原子和三价原子之间形成空位或空穴。因此,一个来自邻近原子外轨道的电子会跳下,以填充这个空穴。电子的这种跳跃将在其存在的位置上形成一个洞。换句话说,对于传导,有一个孔是可用的。
主要区别
- 没有任何掺杂元素的纯半导体称为本征半导体,而在**过程中掺杂了任何微量元素或掺杂剂的半导体称为外本征半导体。
- 本征半导体又称为i型半导体或非掺杂半导体。另一方面,非本征半导体也被称为掺杂半导体。
- 本征半导体的导电性很差。相反,由于杂质的加入,非本征半导体具有更好的导电性。
- 本征半导体不分为任何类型;另一方面,本征半导体又分为p型半导体和n型半导体。
- 在本征半导体中,禁带的中心具有费米能级。另一方面,在n型非本征半导体中,费米能级位于导带底部附近,而在p型半导体中,费米能级位于价基顶部附近。
- 在本征半导体中,价带与传导之间存在一个小的带隙,而外本征半导体具有较高的能隙。
- 本征半导体的导电性取决于温度,而非本征半导体的导电性则取决于掺杂杂质的温度和浓度。
- 在本征半导体中,导带中的电子和价带中的空穴数量相等,而在非本征半导体中,电子和空穴的数量不相等。在n型半导体中电子占大多数,而空穴在p型半导体中占多数。
- 本征半导体的例子是硅和锗等。另一方面,非本征半导体的例子是GaAs、GaP等。
结论
上述讨论总结了本征半导体是一种不含任何杂质的纯半导体,如硅或锗等;另一方面,本征半导体是一种掺杂剂或杂质,如GaP或GaAs等的纯半导体。