本征半导体(intrinsic semiconductor)是指完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体,一般是指其导电能力主要由材料的
本征激发决定的纯净半导体。典型的本征半导体有
硅(Si)、
锗(Ge)及
砷化镓(GaAs)等。
本征半导体是指
化学成分纯净的半导体,它在物理结构上有
多晶体和
单晶体两种形态,制造
半导体器件必须使用单晶体。制造半导体器件的
半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常称为“九个9”。在制造半导体器件的过程
中会进一步提高材料的纯度,单晶体不但纯度高,在
晶格结构上也是没有缺陷的,用这样的单晶体制造的器件才能保证质量。
在
绝对零度温度下,半导体的
价带(valence band)是
满带(见
能带理论),受到光电注入或
热激发后,价带中的部分电子会越过
禁带(forbidden band/band gap)进入能量较高的
空带,空带中存在电子后成为
导带(conduction band),价带中缺少一个电子后形成一个带
正电的空位,称为
空穴(hole),导带中的电子和价带中的空穴合称为电子-空穴对。上述产生的
电子和空穴均能自由移动,成为自由载流子(free carrier),它们在外电场作用下产生
定向运动而形成宏观电流,分别称为
电子导电和
空穴导电。在本征半导体中,这两种
载流子的浓度是相等的。随着温度的升高,其浓度基本上是按指数规律增长的。
导带中的电子会落入
空穴,使电子-空穴对消失,称为复合(
recombination)。复合时产生的能量以
电磁辐射(发射
光子photon)或晶格热振动(发射
声子phonon)的形式释放。在一定温度下,电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到
动态平衡,此时本征半导体具有一定的
载流子浓度,从而具有一定的
电导率。加热或光照会使半导体发生热激发或
光激发,从而产生更多的电子-空穴对,这时
载流子浓度增加,
电导率增加。半导体热敏电阻和
光敏电阻等
半导体器件就是根据此原理制成的。常温下本征半导体的电导率较小,载流子浓度对温度变化敏感,所以很难对半导体特性进行控制,因此实际应用不多。