半导体电导率

能够传导或不传导电流的物质并不仅限于导体和电介质的严格划分。还有半导体，如硅、硒、锗和其他矿物和合金，值得作为一个单独的组分开。

这些物质的导电性能比电介质好，但比金属差，它们的导电性会随着温度或光照的增加而增加。半导体的这一特性使它们适用于光和温度传感器，但它们的主要应用仍然是电子产品。

例如，如果您观察硅晶体，您会发现硅的化合价为 4，也就是说，在其原子的外壳上，有 4 个电子与晶体中相邻的四个硅原子结合。如果这样的晶体受到热或光的影响，那么价电子将获得能量增加并离开它们的原子，成为自由电子 - 电子气将出现在半导体的开放体积中 - 就像在金属中一样，也就是说，它会发生一个保持条件。

但与金属不同的是，半导体的电子和空穴导电性不同。为什么会发生这种情况，它是什么？当价电子离开它们的位点时，缺乏负电荷的区域——“空穴”——会在那些现在带有过量正电荷的位点中形成。

相邻的电子很容易跳入由此产生的“空穴”，一旦这个空穴被跳入其中的电子填满，就会再次形成一个空穴来代替跳跃的电子。

即，可知空穴是半导体的带正电的移动区域。当半导体连接到带有 EMF 源的电路时，电子将移动到源的正极端子，而空穴将移动到负极端子。这就是半导体的内部导电性发生的方式。

在没有施加电场的情况下，空穴和传导电子在半导体中的运动将是混乱的。如果在晶体上施加外电场，则其内部的电子会逆电场运动，而空穴会顺电场运动，即半导体会发生内导现象，这不仅会由电子引起，但也由空穴引起。

在半导体中，传导总是在一些外部因素的影响下发生：由于光子照射、温度影响、施加电场等。

半导体中的费米能级落在带隙的中间。电子从上价带跃迁到下导带需要一个等于带隙增量的活化能（见图）。一旦电子出现在导带中，就会在价带中产生一个空穴。因此，在一对电流载流子的形成过程中，消耗的能量被平均分配。

一半的能量（对应于一半的带宽）用于电子转移，一半用于空穴形成；结果，原点对应于条带宽度的中间。半导体中的费米能量是电子和空穴被激发的能量，半导体费米能级位于带隙中间的位置可以通过数学计算确定，这里省略数学计算。

在外部因素的影响下，例如，当温度升高时，半导体晶格的热振动导致一些价键被破坏，结果部分电子成为分离的自由载流子.

在半导体中，随着空穴和电子的形成，会发生复合过程：电子从导带进入价带，将其能量提供给晶格并发射电磁辐射量子。因此，每个温度对应于空穴和电子的平衡浓度，根据以下表达式，这取决于温度：

当一种略有不同的物质被引入到具有比母体物质更高或更低化合价的纯半导体的晶体中时，也存在半导体的杂质导电性。

如果在纯硅中，比如说，相同的硅，空穴和自由电子的数量是相等的，也就是说，它们始终成对形成，那么在添加到硅中的杂质（例如砷）的情况下，具有5价时，空穴数会少于自由电子数，即由大量自由电子组成的半导体，带负电，则为n型（负）半导体。如果混合铟，它的价数为 3，低于硅的价数，那么就会有更多的空穴——它将成为 p 型（正）半导体。

现在，如果我们让不同电导率的半导体接触，那么在接触点我们会得到一个 p-n 结。从 n 区移动的电子和从 p 区移动的空穴将开始相互移动，并且在接触的相对侧将有带相反电荷的区域（在 pn 结的相对侧）：正电荷将聚集在 n 区，负电荷聚集在 p 区。与跃迁有关的晶体的不同部分将带相反的电荷。这个职位对每个人的工作都非常重要。 半导体器件.

这种设备最简单的例子是半导体二极管，其中仅使用一个 pn 结，足以完成任务——仅在一个方向上传导电流。

来自 n 区的电子向电源的正极移动，而来自 p 区的空穴向负极移动。足够的正电荷和负电荷会在结附近积累，结的电阻会显着降低，电流会流过电路。

在二极管的反向连接中，电流会减少数万倍，因为电子和空穴会被结点不同方向的电场吹走。这个原理有效 二极管整流器.