半導體的導電原理詳細解析-KIA MOS管

半導體導電原理

不含雜質的半導體稱為本征半導體。半導體硅和鍺的最外層電子有四個，故而稱它為四價元素，每一個外層電子稱為價電子。

為了處于穩定狀態，單晶硅和單晶鍺中的每個原子的四個價電子都要和相鄰原子的價電子配對，形成所謂的共價鍵，如圖所示。

但是共價鍵中的電子并不像絕緣體中的電子結合的那樣緊，由于能量激發（如光照、溫度變化），一些電子就能掙脫原有的束縛而成為自由電子。

與此同時，某處共價鍵中失去一個電子，相應地就留下一個空位，稱為空穴。自由電子和空穴總是成對出現的。

如果在本征半導體兩端加以電壓，則會有兩種數量相等的運載電荷的粒子（稱作載流子）產生電流。一種是由自由電子向正極移動，形成的電子電流；另一種是空穴向負極移動形成的空穴電流。

半導體導電原理：“在半導體中，只有電子能導電”這句話對嗎？可能大部分人都會認為這句話是錯的。“導體和半導體的區別在于前者只有電子參與導電，而后者既有電子又有空穴參與導電”這句話對嗎？可能大部分人都會認為這句話是對的。

其依據是：在半導體中同時存在二種載流子：自由電子與空穴，半導體在外電場的作用下，一方面帶負電的自由電子定向移動形成電子電流，另一方面帶正電的空穴也會定向移動形成空穴電流。

半導體中流過的總電流是這兩個電流之和。事實果真如此嗎？ 先來看看什么是空穴？空穴就是半導體的共價鍵結構中應該有價電子而實際上沒有價電子的地方。

空穴一般在如下二種情況下形成：

一是本征激發（由于半導體本身的溫度不是絕對零度，半導體中的某些價電子能夠獲得足夠的能量從而擺脫共價鍵的束縛，從共價鍵結構中跑出來變成自由電子，在半導體的共價鍵結構中便產生了一個空位，形成空穴）；

二是P型半導體（本征半導體中摻入三價雜質元素時，由于三價雜質元素只能提供三個電子，缺少一個電子，在半導體的共價鍵結構中便產生了一個空位，形成空穴）。

當在半導體材料的兩端外加電場時，一方面半導體內的自由電子在外電場的作用下會產生定向移動，從而形成電子電流。

另一方面在外電場的作用下半導體中的價電子也會從原來的位置跑出來成為自由電子，在外電場的作用下定向移動后又進入到另外的一個空位再次成為價電子，形成了一個不是由原半導體中的自由電子所形成的一個電子電流。

這個電流我們暫時稱為“價電流”（價電流并非是價電子的移動形成，而是價電子成為自由電子后，定向移動一定距離后又變成價電子的過程中所形成的電流”。

“價電流”實際上也是電子電流, 只不過不是我們通常認為的半導體內部已經存在的自由電子所形成的罷了。

半導體中流過的總電流實際上是電子電流與“價電子”電流共同移動所形成的電流，所以我們的結論是：在半導體內部只能是電子能導電。這便是半導體內部導電的事實。

那么，為何現行的電子技術書籍中都會出現空穴帶正電，空穴定向移動形成空穴電流這一說法呢？

實際上是從另一個角度來分析問題，把“價電子”在半導體內部的定向移動看做是空穴在向與“價電子”移動方向的反方向移動。

為了便于理解，教材中一般都是把半導體中“價電子”的移動看成是空穴在移動，價電子的移動方向與空穴的移動方向相反，由于價電子是帶負電的，我們就認為空穴帶正電的。

半導體中流過的總電流就成為了帶負電的自由電子移動所形成的電子電流與帶正電的空穴移動所形成的空穴電流之和，這便是教材中所描述的半導體內部導電機制。

打個比喻：這就好比在戲院看戲，設戲院共有二十排座位，假設每排只有一個座位，從第二排起到第二十排都坐滿了人，只有第一排無人坐，戲開演后，第二排上的觀眾看見第一排位置無人坐，就從第二排坐到第一排上去，第二排就出現了空位，第三排上的觀眾又坐到第二排去，

依次類推，原來第一排是空位子，后來第二排是空位子，再后來第三排是空位子，最后的空位置出現在第二十排，空位置從第一排到了第二十排，是觀眾的移動造成的，位子本身并不會移動。

說的再形象點，電子好比是蘿卜，空穴好比是坑，我們常常說一個蘿卜一個坑，蘿卜可以拔走，但留下的坑確是沒法動的。

因次，實際上空穴本身是不會移動的，更談不上帶電。我們的結論是：“在半導體中，只有電子能導電”這句話確確實實是正確的（第二個問題也清楚了）。

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