Intrinsic vs extrinsic semiconductor

半導體物質的特性介于絕緣體和導體之間。硅（Si）和鍺（Ge）是半導體的典型代表。

半導體分為兩種類型：本征半導體和摻雜半導體（包括 p 型和 n 型）。本征半導體是純凈的，而摻雜半導體則通過引入雜質來提高其導電性。在室溫下，本征半導體的導電性為零，而摻雜半導體的導電性則較低。

本文通過介紹摻雜和能帶圖，概述了本征和摻雜半導體的特性。

本征半導體

本征半導體是指極其純凈的半導體。根據能帶理論，在室溫下，這種半導體的導電性為零。硅（Si）和鍺（Ge）是本征半導體的兩個例子。

在T=0K時，不會發生導電

在上面的能帶圖中，導帶是空的，而價帶是完全填滿的。當溫度升高時，可以向其提供一些熱能。結果，價帶中的電子離開價帶，進入導帶。

當T 增加時，原子振動可能會破壞Si-Si鍵并產生自由電子，同時它會產生空穴，n=p=ni.

電子從價帶移動到導帶時，其運動是隨機的。晶體中的空穴也可以在任何方向上自由流動。因此，這種半導體的電阻溫度系數（TCR）為負值。TCR 表明，當溫度升高時，材料的電阻降低，其導電性增加。

摻雜半導體

摻雜半導體是指通過 doping 引入雜質而使其具有導電性的半導體。

雖然可以通過摻雜使絕緣材料變成半導體，但也可以通過摻雜本征半導體來制造摻雜半導體。摻雜半導體分為兩類：具有額外電子的原子（n 型，來自第 V 族）和缺少一個電子的原子（p 型，來自第 III 族）。摻雜是有意將雜質引入非常純凈的（本征）半導體中，以改變其電學特性。摻雜半導體的類型決定了雜質的種類。

什么是摻雜？

摻雜是將雜質引入半導體的過程。在制造摻雜半導體時，必須仔細監控要引入材料中的雜質的數量和種類。在大多數情況下，每 10? 個半導體原子中會引入一個雜質原子。

雜質用于增加半導體晶體中的自由電子或空穴的數量，使其更具導電性。如果向純凈的半導體中引入具有五個價電子的五價雜質，將存在大量的自由電子。如果向半導體中引入具有三個價電子的三價雜質，則會存在大量的空穴。根據添加的雜質類型，摻雜半導體分為兩類：n 型和 p 型半導體。

n 型半導體

n 型半導體是摻雜半導體，其中摻雜原子（第五族）可以向宿主材料提供額外的傳導電子（例如，硅中的磷）。

N-type中，電子是多數載流子，空穴是少數載流子，n型材料整體呈電荷中性

這導致產生了大量的負（n 型）電子電荷載流子。摻雜原子通常比宿主原子多一個價電子。第 IV 族固體中的第 V 族元素替換是最常見的情況。當宿主包含多種類型的原子時，問題變得更加復雜。例如，在 III-V 族半導體（如砷化鎵）中，硅可以替換鎵作為施主，也可以替換砷作為受主。

p 型半導體

為了增加自由電荷載流子的數量，通過向半導體中添加某種類型的原子來形成 p 型（p 代表“正”）半導體。

P-type中，空穴為多數載流子，電子為少數載流子，p型材料整體呈電荷中性

當引入摻雜物質時，它會從半導體原子中移除（接受）弱鍵合的外層電子。電子留下的空位稱為空穴，這種摻雜劑也被稱為受主物質。p 型摻雜的目的是產生大量的空穴。

以硅為例

晶體晶格被三價原子替換。結果，通常構成硅晶格的四個共價鍵中有一個缺少電子。因此，摻雜原子可以從附近原子的共價鍵中接受一個電子，以完成第四個鍵。由于這種原因，這些摻雜劑被稱為受主。

當摻雜原子接受一個電子時，它會導致附近原子失去一半的鍵，從而產生一個空穴。每個空穴都與一個相鄰的負電荷摻雜離子相關聯，從而形成電中性的半導體。當每個空穴在晶格中漂移時，位于空穴位置的原子中的一個質子將被“exposed”，這意味著它將不再被電子抵消。這個原子在其核中將有三個電子和一個空穴，其中將有四個質子。

因此，空穴表現得像正電荷。當提供足夠數量的受主原子時，熱激發電子的數量將遠遠少于空穴。在 p 型材料中，空穴是多數載流子，而電子是少數載流子。

兩者區別

以下是本征半導體和摻雜半導體之間的一些主要區別：

*本征半導體始終處于最純凈的形式，而摻雜半導體是通過在純凈半導體中摻雜雜質制造出來的。

*在室溫下，本征半導體的電導率較低，而摻雜半導體與其他材料相比具有較高的電導率。

*在本征半導體中，電子的數量等于空穴的數量，而在摻雜半導體中，數量不相等。

*本征半導體僅依賴于溫度，而摻雜半導體受溫度和雜質數量的影響。

*本征半導體不再進一步分類，而 n 型和 p 型半導體是摻雜半導體的兩種類型。