半导体理论（第1部分）本征半导体

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独立半导体原子

半导体晶体

电子分布

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我们首先讨论本征半导体。硅，锗和砷化镓是半导体器件中使用的主要材料。硅和锗是元素，并且是本征半导体。以纯净形式，硅和锗没有表现出实际固态设备所需的特性。

独立半导体原子

硅和锗是电中性的，即每个具有与质子相同数量的轨道电子。他们既不带正电也不带负电。他们是中立的。硅和锗都具有四个价带电子，因此被称为四价原子。这是半导体原子的重要特征。记住，我们有一个导体，我们讨论了诸如金，银，铜之类的东西，我们注意到它们的特性是它们只有一个价电子，因此它很容易移动，这将支持电流。然后，我们查看了其他材料。我们称其为绝缘体。这种材料是绝缘子的特性，它在价壳中具有八个电子，这使其非常稳定，因此不会受到化学反应的影响，例如玻璃，陶瓷。这些是在它们的外价壳中具有八个电子的材料。

现在我们处于半导体的主题上，半导体具有在其外价壳中具有四个电子的独特特性。这将使它们适用于某些非常独特的过程。从它们的基本形式来看，它们不合适，但是我们将能够对其进行修改，以便我们可以对它们做很多事情。

注：Isolated Semiconductor Atoms 我该怎么翻译呢？我理解为未掺杂的半导体原子。

半导体晶体

四价原子（例如硅，砷化镓和锗）结合在一起形成晶体或晶格。由于半导体材料的晶体结构，价电子在原子之间共享。价电子的这种共享称为共价键。共价键使材料更难以将其电子移动到导带中。在这里，我们看到这种晶格结构，是指四价原子。四价原子结合形成晶格。图片显示一维视图。每个原子有四个价电子。在外环中，它们与其他原子共享四个原子，总共有八个价电子。这产生了非常稳定的紧密结合的结构。共享电子称为共价键。这是硅原子之一，它的化合价壳中有四个电子。这里发生的是您看到它的外壳中有八个。之所以有八个，是因为它与一个与其相邻的原子共享一个原子。由于它旁边有四个原子，因此它还有四个原子，这使得它的外价壳中有八个电子而不是四个。其中四个是共价键，因为它们是共享电子。然后，当我们继续前进时，我们可以在这里找到其他原子，发现所有这些原子都将拥有八个电子，除了位于最外边缘的那些电子之外，否则它们将不具有拥有多余电子的优势。

电子分布

让我们考虑两个温度下的电子分布。我们将考虑这些电子如何在绝对零和室温下分布。绝对值为零时，电子处于最低能级。该材料充当绝缘体，因为没有能量，也没有电子流动或移动，并且在导带中没有电子。您会发现，这将是半导体的处理方式，因为请记住，在先前的屏幕上，我们查看了该结构，并且看到该价壳中有八个电子。这是一个非常紧密的键结构，但是在绝对零时没有能量，因此这些电子之一可能变得自由并变成我们称为导带电子的可能性几乎是不可能的，因为在绝对零时没有多余的能量，它将保持在这种紧密绑定的状态。

在室温下，价电子吸收了足够的能量以进入导带。在室温下，价电子可以接收足够的能量以脱离并移动到导带。在室温下，这些电子会吸收能量，这些电子之一实际上可以移出该价带并成为自由电子。

带有共价键断裂的原子，缺少电子。这一个在这里，这个在破碎，它在这里缺少电子。它们在电子所在的位置存在一个空穴。这是我们之前从未讨论过的概念，但是在这里，我们拥有了一块硅，即硅原子。它在这里有一个电子。该电子移出成为自由电子，而它所处的位置称为空穴。那里什么都没有。对于导带中的每个电子，在价带中都有一个空穴，它们被称为电子-空穴对。 我们在这里将要提出的一个概念是，在纯硅中，当您拥有空穴时，您将拥有相等数量的自由电子。那是有道理的。

电子分布。随着将更多的能量施加到半导体上，更多的电子将进入导带，电流将更容易流过该材料。因此，本征半导体材料的电阻随着温度的升高而降低。那是一件有趣的事。本征半导体材料的电阻随着温度的升高而降低。原因是热量越多，自由电子越多。这称为负温度系数。随着温度升高，电阻降低。

到此结束我们对半导体的介绍，特别是对本征半导体器件的介绍。

注：这里的导带的意思是脱离原子后的区域。

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