概述
- 掺杂是一种用于改变半导体中电子和空穴数量的技术。
- IV 族半导体材料掺杂 V 族原子时会产生 N 型材料。 IV 族半导体材料掺杂 III 族原子时会产生 P 型材料。
- N型材料通过增加可用电子的数量来提高半导体的电导率; P型材料通过增加空穴数量来提高电导率。
通过用其他原子“掺杂”硅晶格,可以改变硅晶格中电子和空穴的平衡。
比硅多一个价电子的原子用于生产“n型”半导体材料。这些n型材料是元素周期表中的V族元素,因此它们的原子具有5个价电子,可以与硅原子具有的4个价电子形成共价键。由于每个原子(硅和 n 型原子)仅需要 4 个价电子即可在硅原子周围形成共价键,因此当两个原子间的键形成后,额外存在的价电子(因为 n 型材料有 5 个价电子)会参与传导。因此,更多的电子被添加到导带,从而增加了可用的电子数量。
相对于硅,少了一个价电子的原子形成“p型”材料。这些p型材料是周期表中的第III族元素。因此,p型材料只有3个价电子与硅原子相互作用。因为没有足够的电子来形成原子周围的 4 个共价键,最终结果是形成空穴。在p型材料中,键中捕获的电子数量较多,从而有效地增加了空穴数量。在掺杂材料中,一种类型的载流子总是多于另一种类型的载流子,浓度较高的载流子类型称为“多数载流子”,而浓度较低的载流子称为“少数载流子”。
掺杂杂质用以生产 n 型和 p 型半导体材料的硅晶格示意图。
下表总结了硅基半导体的类型特性。
N-type (negative) | P-type (positive) | |
---|---|---|
Dopant | Group V (e.g. Phosphorus) | Group III (e.g. Boron) |
Bonds | Excess Electrons | Missing Electrons (Holes) |
Majority Carriers | Electrons | Hole |
Minority Carriers | Holes | Electrons |
下面的动画代表 p 型和 n 型硅。在典型的半导体中,可能有 1017cm-3 的多数载流子和 106cm-3 的少数载流子。以另一种形式表达,少数载流子与多数载流子的比例甚至不到一比地球总人口。少数载流子是通过热激发或光子入射产生的。
N型半导体。其被称为“n型” ,因为多数载流子是带负电(Negative)的电子。