對(duì)半導(dǎo)體的深入理解無疑會(huì)對(duì)我們的生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，尤其是面對(duì)任何涉及計(jì)算機(jī)或無線電波的電子設(shè)備。這其中的核心往往是硅，因此眾多科技巨頭會(huì)聚集在以硅為名的硅谷。為什么硅會(huì)被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體中？答案源于它的豐富儲(chǔ)量和理想的電子結(jié)構(gòu)使其能輕松形成晶體，為電子設(shè)備的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

然而，通過對(duì)硅進(jìn)行摻雜，我們可以制造出兩種不同類型的半導(dǎo)體—— N 型和 P 型半導(dǎo)體。

理解 P 型和 N 型半導(dǎo)體

半導(dǎo)體如硅的摻雜是一種特意在純半導(dǎo)體中引入雜質(zhì)的過程，其目的是調(diào)節(jié)半導(dǎo)體的電性、光性和結(jié)構(gòu)性質(zhì)。當(dāng)半導(dǎo)體經(jīng)過摻雜，就從本征半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榱送庋影雽?dǎo)體。

在硅的摻雜過程中，有兩類雜質(zhì)：一種是 N 類，另一種是 P 類。在 N 型摻雜中，硅中添加微量的砷或磷，這兩種元素都擁有五個(gè)外層電子，進(jìn)入硅的晶體結(jié)構(gòu)后，由于第五個(gè)電子沒有形成鍵，多余的第五個(gè)電子會(huì)變得可以自由移動(dòng)，滿足電流通過硅的需求。在 P 型摻雜中，通過使用硼或鎵作為摻雜劑，它們每個(gè)都只有三個(gè)外層電子，混入硅晶格后，就形成了硅原子的價(jià)帶上的“空洞”。這就意味著，電子在價(jià)帶上變得可移動(dòng)，又由于摻雜劑固定在晶格中，當(dāng)電子移動(dòng)時(shí)，同時(shí)也有空洞以相反的方向移動(dòng)。正是此種特性，我們把這類半導(dǎo)體稱為“ P 類”。

區(qū)別 N 型和 P 型半導(dǎo)體

最關(guān)鍵的區(qū)別在于，N 型硅中，電子攜帶負(fù)電荷，因此稱為 N 型，而在 P 類硅中，它是通過電子的缺失來營造出正電荷效果，因此稱為 P 型。P 型和 N 型半導(dǎo)體都屬于外延半導(dǎo)體。

N 型和 P 型摻雜之間的核心差異在于電子通過半導(dǎo)體沉積層的方向。雖然 N 型和 P 型硅都是良好的電導(dǎo)體，但其實(shí)其導(dǎo)電性并不優(yōu)秀。

在 N 型摻雜中，少量的砷或磷被加入到硅中。這兩種元素在外軌道的電子數(shù)都是5，所以當(dāng)它們進(jìn)入硅的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)不會(huì)顯得突兀。由于第五個(gè)電子沒有形成鍵，所以便于移動(dòng)，這樣就使電流可以通過硅流動(dòng)。

在 P 型摻雜中，硼或鎵被用作摻雜劑。這些元素的外軌道中都有三個(gè)電子。當(dāng)它們與硅晶格混合時(shí)，它們?cè)诠柙拥膬r(jià)帶中形成“孔”。這意味著價(jià)帶中的電子變得可移動(dòng)，而孔則與電子的運(yùn)動(dòng)方向相反。由于摻雜劑固定在晶格中，只有正電荷可以移動(dòng)。正因?yàn)槿绱耍@些半導(dǎo)體被稱為“P型”（或“P向?qū)浴被颉癙摻雜”）。

使用 N 型和 P 型硅

利用二極管，我們可以看到當(dāng) N 型和 P 型硅放在一起時(shí)，結(jié)合處會(huì)表現(xiàn)出有趣的行為。二極管允許電流只能在一個(gè)方向上流動(dòng)，就像足球場(chǎng)的單向旋轉(zhuǎn)門一樣。

總的來說，物質(zhì)世界中的一切皆源于 P-N 結(jié)的性質(zhì)。N 型硅中有額外的電子，而 P 類一側(cè)的原子需要電子，因此電子通常會(huì)遷移過去。這些電子與空穴相結(jié)合，互相抵消，形成一個(gè)中性的無電荷流動(dòng)的“耗盡區(qū)”。

然而，耗盡區(qū)兩側(cè)的原子都處于亢奮狀態(tài)，希望獲得電子／擺脫空洞以變得中性。但由于它們位于無電荷流動(dòng)的耗盡區(qū)，它們無法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，從而導(dǎo)致了電荷的堆積，形成了阻擋電流通過的屏障。