什么是本征半导体和非本征半导体？二者有什么区别？

位于绝缘体和导体之间的材料的电气特性称为半导体材料，半导体的最佳材料是Si和Ge。半导体分为两种类型，即本征半导体和非本征半导体（杂质半导体）。

本征型是纯半导体，而非本征型半导体包括杂质以使其导电。在常温下，本征型半导体的电导率将变为零，而非本征型半导体的电导率也将变得很小。

什么是本征半导体？

非常纯净的半导体是本征半导体。在能带概念上，该半导体的电导率在室温下将变为零，如下图所示。本征半导体的材料是Si和Ge。

在上面的能带图中，导带是空的，而价带是完全充满的。一旦温度升高，就可以为其提供一些热能。因此，来自价带的电子通过离开价带而被提供给导带。

电子从价带到达导带时的流动是随机的，晶体内形成的孔洞也可以在任何地方自由流动。因此，这种半导体的行为将显示负TCR（电阻温度系数）。TCR表示当温度升高时，材料的电阻率会降低，电导率会提高。

什么是非本征半导体？

为了提升半导体的导电率，通过添加一些杂质，称为非本征半导体。在常温下，这种半导体会传导很小的电流；但是，基本上对制造各种电子设备没有帮助。因此，为了使半导体具有更好的导电性，可以通过掺杂工艺在材料中加入少量适当的杂质。

向半导体中添加杂质的过程称为掺杂。需要注意的是，在非本征半导体制备中必须控制添加到材料中的杂质量。一般来说，1个杂质原子可以添加到108个半导体原子上。

通过添加杂质，可以增加空穴或电子的数量以使其导电。例如，如果五价键杂质添加到纯半导体中，那么添加的杂质就具有5个价电子。根据添加的杂质种类不同，非本征半导体可分为N型半导体和P型半导体两种。

本征半导体中的载流子浓度

在这种类型的半导体中，一旦价电子破坏共价键并移动到导带中，就会产生两种电荷载流子，如空穴和自由电子。

导带内每个单位体积的电子数，价带内每个单位体积的空穴的数量称为本征半导体中的载流子浓度。类似地，电子载流子浓度可以定义为导带内每个单位体积的电子数量，价带内每个单位体积的空穴数量称为空穴载流子浓度。

在本征半导体当中，导带内产生的电子可以等价于在价带内产生的空穴。因此电子载流子的浓度等于空穴载流子的浓度，所以可以写为：

ni = n = p

其中“n”是电子载流子的浓度，“P”是空穴的载流子浓度，“ni”是本征载流子的浓度

在价带中，空穴的浓度可以写为：

P = Nv e -(E F -E V )/K B T

在导带中，电子的浓度可以写为：

N = P = Nc e -(E C -E F )/K B T

在上面的等式中，'KB' 是玻尔兹曼常数，'T' 是本征型半导体的总温度，“Nc”是导带内的有效态密度，'Nv' 是价带内的有效态密度。

本征半导体的电导率

本征半导体的行为就像零度温度下的纯绝缘体。因为在这个温度下，导带是空的，价带是满的，对于传导，没有电荷载流子。然而，在常温下，热能足以制造巨大数量的电子-空穴对，每当向半导体施加电场时，由于电子在一个方向上的运动和空穴在相反方向上的运动，电子就会在那里流动。

对于金属，电流密度为J = nqEµ

由于空穴和电子的流动，纯半导体内的电流密度可以表示为：

Jn = nqEµ n

Jp = pqEµ p

在上述等式中，“n”是电子浓度，“q”是空穴/电子上的电荷，“p”是空穴浓度，“E”是外加电场，“µ”n是电子迁移率，'µ'p是空穴迁移率。

整个电流的密度为：

J = Jn + Jp= nqEµ n + pqEµ p

I= qE (nµ n + pµ p )

由于J = σE，则方程可以写为：

σE = = qE (nµ n + pµ p )

σ = q(nµ n + pµ p )

这里'σ'是半导体的电导率。

因为电子数等于纯半导体中的空穴数，即：n=p=ni

'ni' 是本征材料的载流子浓度，所以：

J = q(niµ n + niµ p )

纯半导体电导率为：

σ = q(niµ n + niµ p )

σ = qni(µ n + µ p )

所以纯半导体的电导率主要取决于本征半导体、电子和空穴迁移率。

本征半导体和非本征半导体的区别

从上面介绍可以看出，不含杂质的纯净半导体，其内部电子和空穴浓度相等，称为本征半导体。本征半导体不宜用于制作半导体器件，因为其制成的器件性能很不稳定。

与之相反，掺入一定量杂质的半导体称为非本征半导体或杂质半导体，它是实际用于制作半导体器件及集成电路的材料。

总结

总而言之，本征半导体材料在化学上非常纯净，不含任何杂质，而非本征半导体掺入了某些微量元素作为杂质，掺入的杂质主要是三价或五价元素。

本征半导体和非本征半导体的主要差异是，非本征半导体的导电率比本征半导体要好，因而主要用于制作半导体器件及集成电路的材料。