Собственный полупроводник , также называемый чистым полупроводником , нелегированным полупроводником или полупроводником i-типа , представляет собой полупроводник без каких-либо значительных примесей . Таким образом, количество носителей заряда определяется свойствами самого материала, а не количеством примесей. В собственных полупроводниках число возбужденных электронов и число дырок равны: n = p. Это может иметь место даже после легирования полупроводника, но только в том случае, если он одинаково легирован как донорами, так и акцепторами. В этом случае n = p по-прежнему сохраняется, и полупроводник остается собственным, хотя и легированным. Это означает, что некоторые проводники являются как собственными, так и внешними, но только в том случае, если n (электронодонорная примесь/возбужденные электроны) равна p (электроноакцепторная примесь/вакантные дырки, которые действуют как положительные заряды).
На электропроводность химически чистых полупроводников все еще могут влиять кристаллографические дефекты технологического происхождения (например, вакансии ), некоторые из которых могут вести себя подобно примесям. Однако их влиянием часто можно пренебречь, и тогда число электронов в зоне проводимости в точности равно числу дырок в валентной зоне . Проведение тока в собственном полупроводнике осуществляется исключительно за счет электронного возбуждения через запрещенную зону, которая обычно мала при комнатной температуре, за исключением полупроводников с узкой запрещенной зоной, таких как Hg.
0,8CD
0,2Те .
Проводимость полупроводника можно смоделировать в рамках зонной теории твердого тела. Зонная модель полупроводника предполагает, что при обычных температурах существует ограниченная вероятность того, что электроны могут достичь зоны проводимости и внести свой вклад в электропроводность. Кристалл кремния отличается от изолятора тем, что при любой температуре выше абсолютного нуля существует ненулевая вероятность того, что электрон в решетке выбьется из своего положения, оставив после себя дефицит электронов, называемый «дыркой». Если приложено напряжение, то и электрон, и дырка могут способствовать протеканию небольшого тока.
В собственном полупроводнике, таком как кремний, при температурах выше абсолютного нуля некоторые электроны возбуждаются через запрещенную зону в зону проводимости, и эти электроны могут поддерживать поток заряда. Когда электрон в чистом кремнии пересекает щель, он оставляет после себя электронную вакансию или «дырку» в регулярной решетке кремния. Под действием внешнего напряжения как электрон, так и дырка могут перемещаться по материалу. В полупроводнике n-типа легирующая примесь вносит дополнительные электроны, резко увеличивая проводимость. В полупроводнике p-типа легирующая примесь создает дополнительные вакансии или дырки, которые также увеличивают проводимость. Однако именно поведение pn-перехода является ключом к огромному разнообразию твердотельных электронных устройств.
Ток, который течет в собственном полупроводнике, состоит как из электронного, так и дырочного тока. То есть электроны, освободившиеся из своих позиций решетки в зону проводимости, могут перемещаться через материал. Кроме того, другие электроны могут прыгать между позициями решетки, заполняя вакансии, оставленные освободившимися электронами. Этот дополнительный механизм называется дырочной проводимостью, поскольку дырки как будто мигрируют по материалу в направлении, противоположном движению свободных электронов. На ток в собственном полупроводнике влияет плотность энергетических состояний, которая, в свою очередь, влияет на плотность электронов в зоне проводимости. Этот ток сильно зависит от температуры.