N型雜質/P型雜質,N型雜質/P型雜質是什么意思

半導體的導電能力取決于他們的純度。完全純凈或本征半導體的導電能力很低，因為他們只含有很少的熱運動產生的載流子。某種雜質的添加能極大的增加載流子的數目。這些摻雜質的半導體能接近金屬的導電能力。輕摻雜的半導體可能在每十億中只有一小部分。由于在硅中雜質的有限的固體溶解性，即使重摻雜的半導體每百萬中也只有幾百個雜質而已。由于半導體對于雜質的極度敏感性，很難制造真正的本征物質。因此實際上半導體器件幾乎都是由摻雜物質制造的。

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

摻有磷的半導體就是一種摻雜半導體。假設硅晶體中已摻入少量的磷。磷原子進入了原本該由硅原子占有的晶體結構中的位置（圖1.5）。磷，作為第5組元素，由5個價電子。磷原子共享了4個價電子給它周圍的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個價電子。由于原子價層只能容納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構中。每個添加進硅晶體結構中的磷原子能產生一個自由電子。

圖1 摻磷硅的簡化晶體結構

“n”表示負電的意思，在這類半導體中，參與導電的主要是帶負電的電子，這些電子來自半導體中的“施主”雜質。所謂施主雜質就是摻入雜質能夠提供導電電子而改變半導體的導電性能。例如，半導體鍺和硅中的五價元素砷、銻、磷等原子都是施主雜質。如果在某一半導體的雜質總量中，施主雜質的數量占多數，則這種半導體就是n型半導體。如果在硅單晶中摻入五價元素砷、磷。則在硅原子和砷、磷原子組成共價鍵之后，磷外層的五個電子中，四個電子組成共價鍵，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。所以這種半導體中，電子載流子的數目很多，主要靠電子導電，叫做電子半導體，簡稱n型半導體。

“p”表示正電的意思。在這種半導體中，參與導電的主要是帶正電的空穴，這些空穴來自于半導體中的“受主”雜質。所謂受主雜質就是摻入雜質能夠接受半導體中的價電子，產生同數量的空穴，從而改變了半導體的導電性能。例如，半導體鍺和硅中的三價元素硼、銦、鎵等原子都是受主。如果某一半導體的雜質總量中，受主雜質的數量占多數，則這半導體是p型半導體。如果在單晶硅上摻入三價硼原子，則硼原子與硅原子組成共價鍵。由于硼原子數目比硅原子要少很多，因此整個晶體結構基本不變，只是某些位置上的硅原子被硼原子所代替。硼是三價元素，外層只有三個價電子，所以當它與硅原子組成共價鍵時，就自然形成了一個空穴。這樣，摻入的硼雜質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目大大增加。這種半導體內幾乎沒有自由電子，主要靠空穴導電，所以叫做空穴半導體，簡稱p型半導體。

摻硼的硅形成了另一種摻雜半導體。假設硅晶體結構中摻入了少量的硼原子（圖1.6）。作為第3組的元素，硼有3個價電子。硼原子和它周圍的4個硅原子共享價電子，但，由于它只有3個，它不能形成第4個鍵。結果，硼原子只有7個價電子。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層中多出來的一個電子而帶負電。跟磷的情況一樣，這個電荷是不可移動的，而且對導電能力沒有影響。每個加入到硅中的硼原子能產生一個可移動的空穴。

圖2摻硼硅的簡化晶體結構。

其他的第3組的元素也能接受電子并產生空穴。技術困難阻止了其他第3組元素在硅的生產中的應用。但是，銦有時用來摻入鍺。用作雜質的任何第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。摻有受主的半導體是P型的。重摻雜的P型硅有時被標記為P+，輕摻雜的P型硅被標記為P－。在P型硅中空穴是多數載流子，電子是少數載流子。

半導體能同時摻入受主和施主。量大的雜質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型半導體轉換為N型半導體。同樣的，也能通過加入更多的受主來把N型半導體轉換為P型半導體。

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