Η ηλεκτρική αγωγιμότητα μιας ουσίας καθορίζεται από την ατομική δομή. Οι αγωγοί είναι γενικά στοιχεία χαμηλού κόστους και τα εξώτατα ηλεκτρόνια τους αποσπώνται εύκολα από τον πυρήνα σε ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία παράγουν κατευθυντική κίνηση κάτω από τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου για να σχηματίσουν ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Στοιχεία υψηλής τιμής (όπως αδρανή αέρια) ή υψηλού μοριακού βάρους ουσίες (όπως το καουτσούκ), τα εξόχως απόκεντρα ηλεκτρόνια τους επηρεάζονται έντονα από τα άτομα και τις δυνάμεις πρόσδεσης και είναι δύσκολο να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια. ένα μονωτικό. Τα κοινώς χρησιμοποιούμενα υλικά ημιαγωγών, το πυρίτιο και το γερμάνιο (Ge) είναι τετρασθενή στοιχεία και τα εξώτατα ηλεκτρόνια τους δεν είναι τόσο εύκολο να ξεφύγουν από τον πυρήνα ως αγωγούς ούτε τόσο στενά όσο οι μονωτές δεσμεύονται από τον πυρήνα. Η αγωγιμότητα είναι κάπου ενδιάμεσα.
Ο καθαρός ημιαγωγός γίνεται σε ένα μόνο κρύσταλλο μέσω μιας συγκεκριμένης διαδικασίας. Αυτός είναι ο εγγενής ημιαγωγός. Τα άτομα στον κρύσταλλο σχηματίζουν ένα καλά ευθυγραμμισμένο μαξιλάρι στο διάστημα, και γειτονικά άτομα σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς.
Ο ομοιοπολικός δεσμός στον κρύσταλλο έχει ισχυρή δεσμευτική δύναμη. Επομένως, σε κανονική θερμοκρασία, μόνο ένας πολύ μικρός αριθμός ηλεκτρονίων σθένους αποκτά επαρκή ενέργεια λόγω θερμικής κίνησης (θερμική διέγερση), διασπάνοντας έτσι ελεύθερα από τον ομοιοπολικό δεσμό σε ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο. . Ο συνάδελφός μου, αφήνοντας μια τρύπα στον ομοιοπολικό δεσμό. Ένα άτομο θετικά φορτίζεται από την απώλεια ενός ηλεκτρονίου σθένους, ή η οπή είναι θετικά φορτισμένη. Στον εγγενή ημιαγωγό, φαίνεται ότι είναι αποδεκτά ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές, δηλαδή ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων και των οπών είναι ίσος.
Εάν ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο συναντήσει μια τρύπα στη διαδικασία της κίνησης, θα γεμίσει την κοιλότητα και θα εξαφανίσει και τα δύο ταυτόχρονα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται συμμόρφωση. Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, η εγγενής διέγερση παράγει ένα ελεύθερο ζεύγος ηλεκτρονίων και οπών που είναι ίσο σε αριθμό με τα αντίστοιχα ελεύθερα ζεύγη ηλεκτρονίων και οπών, επιτυγχάνοντας έτσι δυναμική ισορροπία.
Θεωρία ζώνης:
1. Όταν τα ηλεκτρόνια σε ένα μόνο άτομο κινούνται γύρω από έναν πυρήνα, τα ηλεκτρόνια σε κάθε τροχιά έχουν κάθε μια συγκεκριμένη ενέργεια.
2. Όσο πιο κοντά στην τροχιά του πυρήνα, τόσο χαμηλότερη είναι η ενέργεια των ηλεκτρονίων.
3. Σύμφωνα με την αρχή της ελάχιστης ενέργειας, τα ηλεκτρόνια έχουν πάντα το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας.
4. Η ενεργειακή ζώνη που καταλαμβάνεται από ηλεκτρόνια σθένους ονομάζεται ζώνη σθένους.
5. Υπάρχει απαγορευμένη ζώνη πάνω από τη ζώνη σθένους. Δεν υπάρχει επίπεδο ενέργειας που καταλαμβάνεται από ηλεκτρόνια στην απαγορευμένη ζώνη.
6. Η απαγορευμένη ζώνη IQ είναι η ζώνη αγωγιμότητας. Το επίπεδο ενέργειας στη ζώνη αγωγιμότητας είναι το επίπεδο ενέργειας που μπορεί να καταλάβει το ελεύθερο ηλεκτρόνιο όταν το ηλεκτρόνιο τιμής απομακρυνθεί από τον ομοιοπολικό δεσμό.
7. Το πλάτος της απαγορευμένης ζώνης εκφράζεται από το Eg και η τιμή του σχετίζεται με παράγοντες όπως το υλικό του ημιαγωγού και τη θερμοκρασία στην οποία τοποθετείται.