N型与P型半导体（1）.pdf

N 型与P 型半导体 什么是N 型半导体，什么是P 型半导体？ N 型半导体也称为电子型半导体。N 型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导 体。 在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N 型半导体。在N 型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由 电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度 就越高，导电性能就越强。 P 型半导体也称为空穴型半导体。P 型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。 在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P 型 半导体。在 P 型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由 杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导 电性能就越强。 掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。 在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P 型半 导体。在P 型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。由于P 型半导 体中正电荷量与负电荷量相等，故 P 型半导体呈电中性。空穴主要由杂质原子提供，自由 电子由热激发形成。 n 型半导体就是在单晶硅中掺入5 族元素杂质，多子为电子， p 型半导体是掺入3 族杂质，多子为空穴。 更深入的理解是通过改变费米能级使得自由电子或空穴的占有率提升，从而改变半导体导 电性能。 怎么使N 型半导体变成P 型半导体？什么条件下可以使N 型半导体变成P 型半导体？ N 型半导体就是导电载流子是电子，P 型半导体就是导电载流子是空穴。 N 型半导体中 之所以是电子导电是因为其在本征半导体基础上进行了施主掺杂（例如在本征 Si 中掺入5 价的磷元素） 而P 型半导体中之所以是空穴导电是因为其在本征半导体基础上进行了授主 掺杂（例如在本征Si 中掺入3 价的硼元素） Si 为4 价 所以假设要想把磷掺杂量为X 的N 型半导体转为P 型当然就是在此N 型半导体中掺入大于X 量的磷（当然具体掺杂量与工艺 及材料有关） 半导体的掺杂等工艺要在超净间中进行，掺杂是半导体工艺中的一步，主要 的掺杂方法有离子注入和热扩散 半导体材料中形成pn 结,是不是一定要先有p 型半导体跟n 型半导体? P 型硅中是怎么形 成pn 结的?求解 是的。 P 型半导体是在单晶硅（锗）中参入微量三价元素，如的硼、铟、镓或铝等，就 变成以空穴导电为主的半导体，即P 型半导体。在P 型半导体中，空穴(带正电) 叫多数载流 子;电子(带负电) 叫少数载流子。 如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的磷、锑、砷等五 价元素，就变成以电子导电为主的半导体，即N 型半导体。在N 型半导体中，电子(带负电) 叫多数载流子;空穴(带正电) 叫少数载流子。pn 结就是把这两种半导体烧结在一起，由电子 1 和空穴运动达到平衡后形成 PN 结，具有单向导电的特性，即二极管。若烧结成 P-N-P 或 N-P-N 两个PN 结就是三极管。大规模集成电路也是这个原理制成的。 半导体材料的导电性并不好，在单一元素物质的状态下仅能维持有限的导电能力。这是 因为在导带的自由电子和在价带的空穴的数目很有限。纯硅（或锗）必须加以改变，增加自 由电子或空穴数目，才能改进它们的导电性，才能运用在电子元件上。我们在这一节中，可 以学到将杂质加入纯质材料中，就能达到此目的。掺有杂质的半导体材料，分为N 型和 P 型两种，是大部分电子元器件的主要组成部分。 在学习完这一节的内容后，你应该能够：说明N 型和P 型半导体材料的特性；定义掺杂 的含义；解释N 型半导体如何形成；解释P 型半导体如何形成；说明何谓多数载流子和少 数载流子。 1.掺 杂 将定量的杂质加入纯质半导体材料中，就可大幅提高硅和锗的导电性。这个过程被称为 掺杂( doping)，可以增加材料中载流子（电子或空穴）的数目。掺有杂质的半导体有两种， 就是N 型和P 型。 2.N 型半导体 要增加纯硅导电带的电子数目，可加入五价的杂质原子。具有五个价电子的原子有砷(As)、 磷(P).铋(Bi)和锑(Sb) 。 如图1.15 所示，每一个五价原子（图中所示为锑）都会与邻近的