本征激发与复合：半导体导电原理

"本文主要介绍了半导体的基本概念，特别是可见本征激发在半导体中的作用，以及电子空穴对的产生和复合过程。文章还提到了半导体的分类，如本征半导体和杂质半导体，尤其是N型半导体的特性。" 半导体是电子技术中的核心材料，包括硅和锗等4价元素。在绝对零度时，这些元素的价电子完全参与共价键形成，使得半导体近乎不导电。然而，随着温度的升高或受到光照，一些电子能够获得足够的能量挣脱共价键，成为自由电子，同时在原位置留下空穴。这个过程被称为本征激发，会同时产生电子空穴对。电子带有负电，空穴则表现正电，两者在电场作用下移动形成电流。 电子空穴对的浓度受到温度的影响，温度越高，产生的电子空穴对越多。在一定温度下，本征激发与复合（电子与空穴重新结合）达到动态平衡，使得电子空穴对的浓度保持稳定。例如，在300K（约27℃）时，硅和锗的电子空穴对浓度分别为3×10^14 cm^-3和3×10^13 cm^-3。 半导体的导电性可以通过改变温度或光照强度来调节。当半导体掺杂五价元素，如磷或砷，会形成N型半导体。这种半导体中，五价杂质原子提供多余的电子，使得自由电子成为多数载流子，而空穴是少数载流子。N型半导体在电子设备中广泛用于二极管、晶体管和场效应管等器件的制造。 半导体二极管、双极型晶体管和场效应管是模拟电子技术的基础元件。二极管具有单向导电性，常用于整流和稳压；双极型晶体管（BJT）利用电子和空穴的流动控制电流，可用于放大和开关功能；而场效应管（FET）通过改变电场来控制电流，有较高的输入阻抗，适用于放大电路和电源管理。 总结起来，半导体的导电性能取决于其本征激发产生的电子空穴对以及杂质掺杂的影响。理解这些基本原理对于理解和设计各种半导体器件至关重要，是电子工程领域的基础知识。