今天聊聊大家常说的N型半导体和P型半导体,先看下基础。
- 导体:容易导电的物质,例如金属物质等。
- 绝缘体:几乎不导电的物质,橡皮、陶瓷和塑料等。
- 半导体:导电特性处于导体和绝缘体之间,如锗、硅和砷化镓等。
▌ 半导体的特性
当受到外界热和光的作用时,它的导电能力会发生明显的变化。例如往纯净的半导体中掺入金属杂质,会使它的导电能力就明显的增加了。
通过特定的工艺过程,可以将半导体升华成晶体,其中完全纯净的、且结构完整的半导体晶体,我们称之为本征半导体。
本征半导体用的最多的是硅(SI)和锗(Ge),因为它们的结构都是一拖四,最外层是四个电子(4价),以下以SI进行举例。
▌ 本征半导体中存在数量相等的两种载流子:自由电子和空穴。其导电能力取决于这个载流子的浓度。
当温度越高时,载流子的浓度也就越高。这个本征半导体的导电能力就越强,所以温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素。
在其它作用力影响下,空穴会吸引临近的电子来填补,相当于空穴的迁移,而空穴的迁移相当于正电荷的移动,邻近的电子填补后,就形成了供价健。
形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,形成一对一对的束缚电子,束缚电子在常温下很难挣脱共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,其导电能力很弱。在绝对0度和没有外界激发时,它的导电能力为0,相当于绝缘体。
这时,给于一些热能的激发,使一些价电子获得了足够的能量,从而挣脱了共价键的束缚,成为了自由电子,这时共价键上留下一个空位子,就是空穴。
▌ 在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会改变半导体的导电性能。原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。这个时候就有两种情况:
▌ N型半导体
在硅晶体(4价)中掺入5价元素磷(或锑),因为磷原子的最外层有5个价电子,其中4个与相邻的半导体原子形成共价键,多出1个电子,这个电子因为不受束缚,所以很易被激发而成为自由电子,这样一来,磷原子成了不能移动的带正电的离子。这个释放电子的磷原子,称之为施主原子。
▌ P型半导体
在硅晶体中掺入3价元素,如硼(或铟),因为硼原子的最外层有3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,使硼原子成为不能移动的带负电的离子。这个吸引电子的硼原子,称之为受主原子。
如上可知,
N型半导体中电子多,空穴少。
P型半导体中空穴多,电子少。
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