N型与P型半导体教程文件

N型与P型半导体

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）都会与邻近的四个硅原子形成共价键。锑原子有四个价电子要与硅原子形成共价键，就舍多出一个价电子。这个多余的价电子就成为传导电子，因为它不属于任何原子。由于五价原

子会放弃一个电子，所以又被称为施主原子( donor atom)。凭借加入硅晶体的杂质原子的数目，就能控制传导电子的数目。这种掺杂过程所产生的传导电子，并不会在价带上留下空穴，因为这些传导电子都是多出来的电子。

既然大多数的载流子都是电子，硅（或锗）掺杂入五价原子就成为N型半导体（N代表电子所带的负电荷）。电子就称为N型半导体中的多数载流子(majority carriers)。虽然N型半导体材料的多数载流子是电子，但是仍会有少数的空穴产生，这是因为热扰动会产生电子一空穴对。这些空穴并不是因为加入五价杂质原子而产生。空穴在N型半导体材料中称为少数载流子(minority carriers)。

3. P型半导体

要在纯硅晶体中增加空穴的数目。可以加入三价的杂质原子。具有三个价电子的原子有硼(B)、铟(In)和镓(Ga)等。

如图1.16所示，每一个三价原子（此图中所示为硼）会与邻近的四个硅原子形成共价键。硼原子的全部三个价电子都用于共价键，但是因为需要四个电子，因此每加入一个三价元素就会产生一个空穴。因为三价原子可以接牧电

子，因此被视为受主原子( acceptor atom)。凭借加入硅晶体的三价杂质原子的数目，就可以控制空穴的数目。由掺杂过程所产生的空穴，并不会伴随产生传导（自由）电子。

硅（或锗）晶体掺杂三价原子后，因为大多数的载流子是空穴，就称为P型半导体。空穴可视为正电荷，因为缺乏一个电子，相对地就会形成原子多一个正电荷。P型材料中的多数载流子是空穴。虽然P型半导体材料的多数载流子是空穴，LMV722MMX但是仍会有少数的自由电子产生，这是因为热扰动产生的电子一空穴对。这些自由电子并不是因为加入三价杂质原子而产生。电子在P 型半导体材料中称为少数载流子。

为什么光电倍增管的阴极材料要采用P型半导体?

对于P型半导体来说，由于其受主能带靠近价带，所以价带中的电子很容易从光子吸收能量阅入主能带，使价带产生空穴参与导电。

P型半导体带电吗？