本征硅
硅是半导体的一种重要元素。硅是IV族材料。在它的外层轨道上，它有四个价电子，这些价电子与四个相邻硅原子的价电子形成共价键。这些价电子不能发电。因此,在阿oK本征硅表现为an绝缘子。当温度升高时，一些价电子由于热能而脱离共价键。这个由留下自由电子而引起的键中的空位被认为是空穴。也就是说，在任何大于0的温度下o半导体晶体中的一些价电子获得足够的能量从价带跃迁到导带，并在价带留下一个空穴。在室温(即300时)，这个能量近似等于1.2 eVoK)等于硅的能带隙能量。
在本征硅晶体中空穴的数量等于自由电子的数量。因为每一个离开共价键的电子都会在断裂的键上贡献一个空穴。在一定温度下，总是通过获得热能产生新的电子-空穴对，但同时，同样数量的电子-空穴对由于复合而丢失。因此，在硅的特定体积内，在特定温度下，电子-空穴对的数目保持不变。这是一个平衡条件。由此可见，在平衡条件下，自由电子浓度n与空穴浓度p相等，而这只不过是固有载流子浓度(n我)。即n = p = n我。的原子结构如下所示。
0时固有硅oK
本征硅在室温下
非本征硅
当掺杂一定量的掺杂剂时，本征硅可以转化为非本征硅。它被掺杂给体原子(V族元素)n型半导体当它掺杂受体原子(基团III元素)时，它就变成p型半导体。
让少量的V族元素加到本征硅晶体中。V族元素包括磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)。它们有5个价电子。当它们取代一个Si原子时，四个价电子与相邻原子形成共价键，不参与形成共价键的第五个电子松散地附着在母原子上，很容易作为自由电子离开原子。硅释放第五个电子所需的能量大约是0。05ev。这种杂质被称为给体，因为它向硅晶体贡献自由电子。硅被称为n型或负极硅，因为电子是带负电荷的粒子。
在n型硅中，费米能级向导带移动。在这里，自由电子的数目比固有电子的浓度增加。另一方面，随着自由电子浓度的增大，复合的概率增大，空穴的数目也比本禀空穴浓度减少。电子是多数航空公司收取。
含五价杂质的非本征硅
如果少量的第三族元素加入到一种本征元素中半导体晶体，然后它们取代一个硅原子，族元素如AI, B，在有三个价电子。这三个电子与相邻原子形成共价键，形成一个空穴。这些杂质原子被称为受体。被称为p型半导体的半导体被认为是带正电荷的空穴。
含三价杂质的非本征硅
费米能级向下移动，靠近p型半导体中的价键。这里空穴的数量增加，电子的数量随着硅固有载流子浓度的增加而减少，因为自由电子在晶体中有大量的空穴。在p型半导体中孔洞占大多数航空公司收取。
硅的固有载流子浓度
当电子因热激发从价带跃迁到导带时，在导带电子和价带空穴两个带中都产生了自由载流子。这些载流子的浓度称为固有载流子浓度。实际上，在纯或本征硅晶体中，空穴数(p)和电子数(n)是相等的，它们等于本征载流子浓度n我。因此，n = p = n我
没有。这些载流子的能量取决于能带隙能量。对于硅，在298度下的能带隙能量为1.2 eVo硅中K本征载流子浓度随温度的升高而增大。硅的固有载流子浓度为:
这里T =绝对尺度下的温度
本征载流子浓度在300oK是1。01×1010厘米3。但之前接受的值是1.5×1010厘米3。
