Intrinsic vs extrinsic semiconductor

半导体物质的特性介于绝缘体和导体之间。硅（Si）和锗（Ge）是半导体的典型代表。

半导体分为两种类型：本征半导体和掺杂半导体（包括 p 型和 n 型）。本征半导体是纯净的，而掺杂半导体则通过引入杂质来提高其导电性。在室温下，本征半导体的导电性为零，而掺杂半导体的导电性则较低。

本文通过介绍掺杂和能带图，概述了本征和掺杂半导体的特性。

本征半导体

本征半导体是指极其纯净的半导体。根据能带理论，在室温下，这种半导体的导电性为零。硅（Si）和锗（Ge）是本征半导体的两个例子。

在T=0K时，不会发生导电

在上面的能带图中，导带是空的，而价带是完全填满的。当温度升高时，可以向其提供一些热能。结果，价带中的电子离开价带，进入导带。

当T 增加时，原子振动可能会破坏Si-Si键并产生自由电子，同时它会产生空穴，n=p=ni.

电子从价带移动到导带时，其运动是随机的。晶体中的空穴也可以在任何方向上自由流动。因此，这种半导体的电阻温度系数（TCR）为负值。TCR 表明，当温度升高时，材料的电阻降低，其导电性增加。

掺杂半导体

掺杂半导体是指通过 doping 引入杂质而使其具有导电性的半导体。

虽然可以通过掺杂使绝缘材料变成半导体，但也可以通过掺杂本征半导体来制造掺杂半导体。掺杂半导体分为两类：具有额外电子的原子（n 型，来自第 V 族）和缺少一个电子的原子（p 型，来自第 III 族）。掺杂是有意将杂质引入非常纯净的（本征）半导体中，以改变其电学特性。掺杂半导体的类型决定了杂质的种类。

什么是掺杂？

掺杂是将杂质引入半导体的过程。在制造掺杂半导体时，必须仔细监控要引入材料中的杂质的数量和种类。在大多数情况下，每 10⁸ 个半导体原子中会引入一个杂质原子。

杂质用于增加半导体晶体中的自由电子或空穴的数量，使其更具导电性。如果向纯净的半导体中引入具有五个价电子的五价杂质，将存在大量的自由电子。如果向半导体中引入具有三个价电子的三价杂质，则会存在大量的空穴。根据添加的杂质类型，掺杂半导体分为两类：n 型和 p 型半导体。

n 型半导体

n 型半导体是掺杂半导体，其中掺杂原子（第五族）可以向宿主材料提供额外的传导电子（例如，硅中的磷）。

N-type中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子，n型材料整体呈电荷中性

这导致产生了大量的负（n 型）电子电荷载流子。掺杂原子通常比宿主原子多一个价电子。第 IV 族固体中的第 V 族元素替换是最常见的情况。当宿主包含多种类型的原子时，问题变得更加复杂。例如，在 III-V 族半导体（如砷化镓）中，硅可以替换镓作为施主，也可以替换砷作为受主。

p 型半导体

为了增加自由电荷载流子的数量，通过向半导体中添加某种类型的原子来形成 p 型（p 代表“正”）半导体。

P-type中，空穴为多数载流子，电子为少数载流子，p型材料整体呈电荷中性

当引入掺杂物质时，它会从半导体原子中移除（接受）弱键合的外层电子。电子留下的空位称为空穴，这种掺杂剂也被称为受主物质。p 型掺杂的目的是产生大量的空穴。

以硅为例

晶体晶格被三价原子替换。结果，通常构成硅晶格的四个共价键中有一个缺少电子。因此，掺杂原子可以从附近原子的共价键中接受一个电子，以完成第四个键。由于这种原因，这些掺杂剂被称为受主。

当掺杂原子接受一个电子时，它会导致附近原子失去一半的键，从而产生一个空穴。每个空穴都与一个相邻的负电荷掺杂离子相关联，从而形成电中性的半导体。当每个空穴在晶格中漂移时，位于空穴位置的原子中的一个质子将被“exposed”，这意味着它将不再被电子抵消。这个原子在其核中将有三个电子和一个空穴，其中将有四个质子。

因此，空穴表现得像正电荷。当提供足够数量的受主原子时，热激发电子的数量将远远少于空穴。在 p 型材料中，空穴是多数载流子，而电子是少数载流子。

两者区别

以下是本征半导体和掺杂半导体之间的一些主要区别：

*本征半导体始终处于最纯净的形式，而掺杂半导体是通过在纯净半导体中掺杂杂质制造出来的。

*在室温下，本征半导体的电导率较低，而掺杂半导体与其他材料相比具有较高的电导率。

*在本征半导体中，电子的数量等于空穴的数量，而在掺杂半导体中，数量不相等。

*本征半导体仅依赖于温度，而掺杂半导体受温度和杂质数量的影响。

*本征半导体不再进一步分类，而 n 型和 p 型半导体是掺杂半导体的两种类型。