本征半导体材料：硅和锗的电子结构

自然界中存在着各种各样的物质，早期，人们按物质导电能力的强弱将它们分成导体和绝缘体两大类。

所谓的导体就是可以导电的物体，如铜、铝、银等金属都是导体。

所谓的绝缘体就是不能导电的物体，如橡胶、陶瓷、塑料等都是绝缘体。

随着科学技术的进步，人们发现自然界中还有一种物质，它的导电能力介于导体和绝缘体之间，这就是半导体。制作半导体器件的主要材料是硅（Si）和锗（Ge）。

半导体之所以被人们重视，主要的原因是它的导电能力在不同的条件下有着显著的差异。例如，当有些半导体受到热或光的激发时，导电能力将明显增强。又如在纯净的半导体中掺以微量的“杂质”元素，半导体的导电能力将猛增到几千、几万乃至上百万倍。人们就是利用半导体的热敏、光敏特性制作成半导体热敏元件和光敏元件。利用半导体的掺杂特性制造了种类繁多、具有不同用途的半导体器件，如二极管、晶体管、场效应晶体管等。

半导体材料导电能力变化的性质，取决于半导体材料的内部结构和导电机理。由化学知识可知，物质的导电能力主要是由原子结构来决定的。(www.xing528.com)

导体一般为低价的元素，这些元素的最外层电子很容易挣脱原子核的束缚而成为游离在晶格中的自由电子，这些自由电子在外电场的作用下，将作定向移动形成电流。导体导电能力的大小，主要取决于晶格中自由电子数目的多少。晶格中自由电子数目多的物体，导电能力就强；自由电子数目少的物质，导电能力就弱。

绝缘体由高价元素或由高分子材料组成，这些物质共同的特点是：最外层电子受原子核的束缚力很强，很难成为晶格中的自由电子，所以晶格中自由电子的数目非常少，导电能力极差，成为绝缘体。

常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均是四价元素，它们的最外层电子既不像导体那样容易挣脱原子核的束缚成为自由电子，也不像绝缘体那样被原子核束缚得很紧，动荡不得，内部没有自由电子，所以半导体的导电能力会介于导体和绝缘体之间。

纯净的半导体称为本征半导体，本征半导体中的四价元素是靠共价键结合成分子，图

5-1 为本征半导体硅和锗晶体的原子结构示意图。