N型雜質(zhì)/P型雜質(zhì),N型雜質(zhì)/P型雜質(zhì)是什么意思

N型雜質(zhì)/P型雜質(zhì),N型雜質(zhì)/P型雜質(zhì)是什么意思

半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于他們的純度。完全純凈或本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很低，因?yàn)樗麄冎缓泻苌俚臒徇\(yùn)動產(chǎn)生的載流子。某種雜質(zhì)的添加能極大的增加載流子的數(shù)目。這些摻雜質(zhì)的半導(dǎo)體能接近金屬的導(dǎo)電能力。輕摻雜的半導(dǎo)體可能在每十億中只有一小部分。由于在硅中雜質(zhì)的有限的固體溶解性，即使重?fù)诫s的半導(dǎo)體每百萬中也只有幾百個雜質(zhì)而已。由于半導(dǎo)體對于雜質(zhì)的極度敏感性，很難制造真正的本征物質(zhì)。因此實(shí)際上半導(dǎo)體器件幾乎都是由摻雜物質(zhì)制造的。

在純單晶的本征半導(dǎo)體中，摻雜一些有用的雜質(zhì)，使其導(dǎo)電特性得到很大的改善。而其導(dǎo)電性能取決于雜質(zhì)的類型和含量。這樣的半導(dǎo)體即稱為“雜質(zhì)半導(dǎo)體”。大多數(shù)半導(dǎo)體都是這一種類型。將半導(dǎo)體材料提純，再用擴(kuò)散或用離子注入法摻入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)，可以制成n型半導(dǎo)體或p型半導(dǎo)體。利用不同類型的雜質(zhì)半導(dǎo)體，可以制成整流器，半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管和集成電路等重要部件。由此可以看到，只有雜質(zhì)半導(dǎo)體才是最有用的。

摻有磷的半導(dǎo)體就是一種摻雜半導(dǎo)體。假設(shè)硅晶體中已摻入少量的磷。磷原子進(jìn)入了原本該由硅原子占有的晶體結(jié)構(gòu)中的位置（圖1.5）。磷，作為第5組元素，由5個價(jià)電子。磷原子共享了4個價(jià)電子給它周圍的4個硅原子。4對電子對給了磷原子8個共享的電子。加上還有1個未共享的電子，一共由9個價(jià)電子。由于原子價(jià)層只能容納8個電子，再也放不下第9個電子。這個電子就被磷原子拋了出來，自由地游蕩在晶體結(jié)構(gòu)中。每個添加進(jìn)硅晶體結(jié)構(gòu)中的磷原子能產(chǎn)生一個自由電子。

圖1 摻磷硅的簡化晶體結(jié)構(gòu)

“n”表示負(fù)電的意思，在這類半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電的主要是帶負(fù)電的電子，這些電子來自半導(dǎo)體中的“施主”雜質(zhì)。所謂施主雜質(zhì)就是摻入雜質(zhì)能夠提供導(dǎo)電電子而改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。例如，半導(dǎo)體鍺和硅中的五價(jià)元素砷、銻、磷等原子都是施主雜質(zhì)。如果在某一半導(dǎo)體的雜質(zhì)總量中，施主雜質(zhì)的數(shù)量占多數(shù)，則這種半導(dǎo)體就是n型半導(dǎo)體。如果在硅單晶中摻入五價(jià)元素砷、磷。則在硅原子和砷、磷原子組成共價(jià)鍵之后，磷外層的五個電子中，四個電子組成共價(jià)鍵，多出的一個電子受原子核束縛很小，因此很容易成為自由電子。所以這種半導(dǎo)體中，電子載流子的數(shù)目很多，主要靠電子導(dǎo)電，叫做電子半導(dǎo)體，簡稱n型半導(dǎo)體。

“p”表示正電的意思。在這種半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電的主要是帶正電的空穴，這些空穴來自于半導(dǎo)體中的“受主”雜質(zhì)。所謂受主雜質(zhì)就是摻入雜質(zhì)能夠接受半導(dǎo)體中的價(jià)電子，產(chǎn)生同數(shù)量的空穴，從而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。例如，半導(dǎo)體鍺和硅中的三價(jià)元素硼、銦、鎵等原子都是受主。如果某一半導(dǎo)體的雜質(zhì)總量中，受主雜質(zhì)的數(shù)量占多數(shù)，則這半導(dǎo)體是p型半導(dǎo)體。如果在單晶硅上摻入三價(jià)硼原子，則硼原子與硅原子組成共價(jià)鍵。由于硼原子數(shù)目比硅原子要少很多，因此整個晶體結(jié)構(gòu)基本不變，只是某些位置上的硅原子被硼原子所代替。硼是三價(jià)元素，外層只有三個價(jià)電子，所以當(dāng)它與硅原子組成共價(jià)鍵時(shí)，就自然形成了一個空穴。這樣，摻入的硼雜質(zhì)的每一個原子都可能提供一個空穴，從而使硅單晶中空穴載流子的數(shù)目大大增加。這種半導(dǎo)體內(nèi)幾乎沒有自由電子，主要靠空穴導(dǎo)電，所以叫做空穴半導(dǎo)體，簡稱p型半導(dǎo)體。

摻硼的硅形成了另一種摻雜半導(dǎo)體。假設(shè)硅晶體結(jié)構(gòu)中摻入了少量的硼原子（圖1.6）。作為第3組的元素，硼有3個價(jià)電子。硼原子和它周圍的4個硅原子共享價(jià)電子，但，由于它只有3個，它不能形成第4個鍵。結(jié)果，硼原子只有7個價(jià)電子。由此而形成的電子空缺就變成了一個空穴。這個空穴是可移動的，很快它就離開了硼原子。一旦空穴離開后，硼原子就由于在原子價(jià)層中多出來的一個電子而帶負(fù)電。跟磷的情況一樣，這個電荷是不可移動的，而且對導(dǎo)電能力沒有影響。每個加入到硅中的硼原子能產(chǎn)生一個可移動的空穴。

圖2摻硼硅的簡化晶體結(jié)構(gòu)。

其他的第3組的元素也能接受電子并產(chǎn)生空穴。技術(shù)困難阻止了其他第3組元素在硅的生產(chǎn)中的應(yīng)用。但是，銦有時(shí)用來摻入鍺。用作雜質(zhì)的任何第3組元素都會從鄰近的原子那里接受電子，所以這些元素被稱為受主。摻有受主的半導(dǎo)體是P型的。重?fù)诫s的P型硅有時(shí)被標(biāo)記為P+，輕摻雜的P型硅被標(biāo)記為P－。在P型硅中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。

半導(dǎo)體能同時(shí)摻入受主和施主。量大的雜質(zhì)決定了硅的型號和載流子的濃度。因此能通過加入更多的施主來把P型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換為N型半導(dǎo)體。同樣的，也能通過加入更多的受主來把N型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換為P型半導(dǎo)體。

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