杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导体(电子半导体),使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P型半导体(空穴半导体)。
N型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷(或锑),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,磷原子的最外层有五个价电子,其中四个与相邻的半导体原子形成共价键,必定多出一个电子,这个电子几乎不受束缚,很容易被激发而成为自由电子,这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子,称为施主原子。
在N型半导体中,自由电子的浓度远大于空穴的浓度,因此自由电子称为多数载流子(简称多子),而其中空穴称为少数载流子(简称少子)。N型半导体主要靠自由电子导电,掺入的杂质越多,自由电子的浓度就越高,导电性能也就越强。
P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素,如硼(或铟),晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代,硼原子的最外层有三个价电子,与相邻的半导体原子形成共价键时,产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补,使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子,所以称为受主原子。
在P型半导体中,空穴的浓度远大于自由电子的浓度,因此空穴称为多数载流子(简称多子),而其中自由电子称为少数载流子(简称少子)。P型半导体主要靠空穴导电,掺入的杂质越多,空穴的浓度就越高,导电性能也就越强。
在杂质半导体中,多数载流子的浓度由掺入的杂质浓度决定;少数载流子的浓度主要取决于温度的影响。对于杂质半导体来说,无论是N型还是P型半导体,从总体上看,仍然保持着电中性。
PN结
上一节说到杂质半导体分为N型半导体和P型半导体,它们的成分如下:
N型半导体包含:自由电子(属于多子,少数由本征激发而来,多数由磷原子提供)、空穴(属于少子,由本征激发而来)、带正电的阳离子(不能移动,磷原子失去一个电子后形成),自由电子数量 = 空穴数量 + 阳离子数量,整体呈现电中性。
P型半导体包含:自由电子(属于少子,由本征激发而来)、空穴(属于多子,少数由本征激发而来,多数由硼原子提供)、带负电的阴离子(不能移动,硼原子空穴得到一个电子后形成),自由电子数量 + 阴离子数量