在本征半导体中,自由电子和空穴的数量是相等的,这是由其纯净的晶体结构和热激发机制决定的。本征半导体的导电性依赖于电子-空穴对的生成,而两者的浓度始终维持动态平衡。
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纯净晶体结构
本征半导体(如硅、锗)的原子通过共价键形成完美晶格,每个价电子均被束缚在键中。此时材料中几乎没有自由载流子,呈现高电阻特性。 -
热激发产生电子-空穴对
温度升高时,部分价电子获得能量挣脱共价键,形成自由电子,同时留下带正电的空穴。这一过程称为本征激发,电子和空穴总是成对出现,数量严格相等。 -
动态平衡的载流子浓度
自由电子可能回落填补空穴(复合),而热激发会持续生成新电子-空穴对。在恒定温度下,生成率=复合率,使得电子和空穴的浓度(本征载流子浓度ni)保持恒定。
总结:本征半导体的导电特性依赖于电子与空穴的对称性,任何外界干扰(如掺杂或光照)都会打破这一平衡,这也是半导体器件设计的物理基础。