1、n型晶體硅
當(dāng)晶體硅中摻入微量雜質(zhì)Ⅴ族元素時(shí),它的5個(gè)價(jià)電子與硅原子形成4個(gè)共價(jià)鍵,Ⅴ族離子核多出一個(gè)正電荷,形成正電中心,同時(shí)還多出一個(gè)價(jià)電子,這個(gè)電子受正電中心束縛,形成束縛態(tài)電子,其能級(jí)位于導(dǎo)帶底以下。
如下圖所示為摻施主(磷)的n型半導(dǎo)體硅價(jià)鍵示意圖。由圖可見(jiàn),一個(gè)硅原子被具有5個(gè)價(jià)電子的V族元素磷原子取代時(shí),磷原子與其鄰近的4個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵,多余的一個(gè)電子則成為可導(dǎo)電的電子。
當(dāng)電子獲得能量并掙脫V族雜質(zhì)原子的束縛時(shí),變成能導(dǎo)電的電子,同時(shí)形成正電中心。這種能釋放電子到導(dǎo)帶形成正電中心的雜質(zhì)原子稱(chēng)為施主。圖中所示的能提供電子的磷原子就是施主。由于硅中施主能提供電子,電子是帶負(fù)電荷的載流子,所以雜質(zhì)中以施主為主的半導(dǎo)體硅稱(chēng)為n型半導(dǎo)體硅。
2、p型晶體硅
當(dāng)在晶體硅中摻Ⅲ族雜質(zhì)原子時(shí),由于它只有3個(gè)價(jià)電子,與硅原子只能形成3個(gè)共價(jià)鍵,所以在價(jià)鍵中出現(xiàn)一個(gè)空位(稱(chēng)為空穴)??昭ㄏ喈?dāng)于正電荷。Ⅲ族原子的離子核只帶3個(gè)正電荷,在晶格中形成負(fù)電中心,負(fù)電中心能束縛空穴。
如下圖所示,顯示了只有3個(gè)價(jià)電子的硼原子取代了硅原子,在與鄰近的硅原子形成4個(gè)共價(jià)鍵時(shí),需要接受一個(gè)電子,在價(jià)帶上就產(chǎn)生了一個(gè)帶正電荷的空穴。這種形成負(fù)電中心的Ⅲ族雜質(zhì)能接受價(jià)帶中的電子而在價(jià)帶中形成空穴,因此被稱(chēng)為受主雜質(zhì),其能級(jí)稱(chēng)為受主能級(jí),圖中所示的能接受電子的Ⅲ族雜質(zhì)硼原子就是受主。
可將空穴視為帶正電荷的載流子。以能夠形成帶正電荷的載流子的受主為主的半導(dǎo)體稱(chēng)為p型半導(dǎo)體硅。
3、總結(jié):
當(dāng)純硅中摻入施主雜質(zhì)(V族元素磷、砷、銻)時(shí),可形成n型硅,n型硅可導(dǎo)電的電子濃度遠(yuǎn)大于可導(dǎo)電的空穴濃度,電流依靠電子輸運(yùn),電子為多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱(chēng)多子),空穴為少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱(chēng)少子)。
當(dāng)純硅中摻入受主雜質(zhì)(Ⅲ族元素硼、鋁、鎵)時(shí),可形成P型硅,P型硅空穴濃度遠(yuǎn)大于電子濃度,電流依靠空穴運(yùn)輸,空穴為多子,電子為少子。
原標(biāo)題:淺談N型半導(dǎo)體硅與P型半導(dǎo)體硅的區(qū)別