n型半導體和p型半導體
發布時間:2013/11/2 17:13:49 訪問次數:3696
半導體材料的導電性不好,在其本征狀態,應用價值很小。RB521S-30T1G這是兇為在其導帶中只有數目有限的自由電子,價電子帶的空穴數目也有限。必須通過增加自由電子和空穴的數量以提高其導電性,對本征硅(或鍺)晶體進行改進,以發揮其在電子器件中的作用。在本節中將學習,這種改進是通過向本征材料中添加雜質來完成的。兩種非本征(非純凈)半導體材料(N型和P型)是所有類型的電子器件的關鍵組成部件。
1.摻 雜
通過向本征(純凈)半導體材料中添加雜質.可以對硅和鍺的導電性能進行全面的提高和控制。這個稱·為摻雜( Doping)的過程增加了載流子(電子和空穴)的數目。這兩種雜質分別是n型雜質和p型雜質。
2.n型半導體
要增加本征硅中的導帶電子的數目,就要添加五價( pentavalent)雜質原子。這些原子擁有5個價電子,如砷( As)、磷(P)和銻(Sb),由于它們給半導體的晶體結構提供多余的電子,所以稱為施主原子(donor atoms)。
如圖16. 9(a)所示,每個五價原子(在這種情況下是銻)與4個相鄰的硅原子形成共價鍵。與硅原子形成共價鍵用掉了銻原子的4個價電子,還剩下1個多余的電子。因為這個多余的電子不被任何原子所吸引,因此就變成了1個導電電子。導電電子的數目可以通過向硅中添加的雜質原子的數目進行控制。
由于這里的大多數載流子都是電子,所以以這種方式摻雜的硅(或鍺)是n型半導體(n表示電子七的負電荷)。在n型半導體中,電子禰為多數載流子( majority carrier)。盡管在n型半導體材料中多數載流子是電子,但仍然有少數空穴。這些空穴不是由所添加的五價雜質原子產生的。n型半導體中的空穴稱為少數載流子(minority carrier)。
3.p型半導體
為了提高本征硅中空穴的數目,要添加三價( trivalent)雜質原子。這些原子,如鋁(Al)、硼(B)、鈣(Ca),具有3個價電子,并稱為受主原子( acceptor atoms),因為它們在半導體的晶體結構中有1個空穴。
如圖16. 9(b)所示,每個三價原子(例如,硼)與周圍的4個硅原子構成共價鍵。在共價鍵中使用了硼原子的所有3個價電子,但是因為共需要4個價電子,每個三價原子形成1個空穴。空穴的數目可以通過向硅中添加的三價雜質的數目進行控制。
由于大多數載流子都是空穴,所以摻有三價雜質原子的硅是p型半導體。可以把空穴看作正電荷。在p型半導體中,空穴是多數載流子。盡管p型半導體中的多數載流子是空穴,但是仍然有少量的自由電子,它們是在熱激發產生電子空穴對時產生的。這些少數的自由電子不是通過添加三價雜質原子產生的。在p型半導體中的電子是少數載流子。
半導體材料的導電性不好,在其本征狀態,應用價值很小。RB521S-30T1G這是兇為在其導帶中只有數目有限的自由電子,價電子帶的空穴數目也有限。必須通過增加自由電子和空穴的數量以提高其導電性,對本征硅(或鍺)晶體進行改進,以發揮其在電子器件中的作用。在本節中將學習,這種改進是通過向本征材料中添加雜質來完成的。兩種非本征(非純凈)半導體材料(N型和P型)是所有類型的電子器件的關鍵組成部件。
1.摻 雜
通過向本征(純凈)半導體材料中添加雜質.可以對硅和鍺的導電性能進行全面的提高和控制。這個稱·為摻雜( Doping)的過程增加了載流子(電子和空穴)的數目。這兩種雜質分別是n型雜質和p型雜質。
2.n型半導體
要增加本征硅中的導帶電子的數目,就要添加五價( pentavalent)雜質原子。這些原子擁有5個價電子,如砷( As)、磷(P)和銻(Sb),由于它們給半導體的晶體結構提供多余的電子,所以稱為施主原子(donor atoms)。
如圖16. 9(a)所示,每個五價原子(在這種情況下是銻)與4個相鄰的硅原子形成共價鍵。與硅原子形成共價鍵用掉了銻原子的4個價電子,還剩下1個多余的電子。因為這個多余的電子不被任何原子所吸引,因此就變成了1個導電電子。導電電子的數目可以通過向硅中添加的雜質原子的數目進行控制。
由于這里的大多數載流子都是電子,所以以這種方式摻雜的硅(或鍺)是n型半導體(n表示電子七的負電荷)。在n型半導體中,電子禰為多數載流子( majority carrier)。盡管在n型半導體材料中多數載流子是電子,但仍然有少數空穴。這些空穴不是由所添加的五價雜質原子產生的。n型半導體中的空穴稱為少數載流子(minority carrier)。
3.p型半導體
為了提高本征硅中空穴的數目,要添加三價( trivalent)雜質原子。這些原子,如鋁(Al)、硼(B)、鈣(Ca),具有3個價電子,并稱為受主原子( acceptor atoms),因為它們在半導體的晶體結構中有1個空穴。
如圖16. 9(b)所示,每個三價原子(例如,硼)與周圍的4個硅原子構成共價鍵。在共價鍵中使用了硼原子的所有3個價電子,但是因為共需要4個價電子,每個三價原子形成1個空穴。空穴的數目可以通過向硅中添加的三價雜質的數目進行控制。
由于大多數載流子都是空穴,所以摻有三價雜質原子的硅是p型半導體。可以把空穴看作正電荷。在p型半導體中,空穴是多數載流子。盡管p型半導體中的多數載流子是空穴,但是仍然有少量的自由電子,它們是在熱激發產生電子空穴對時產生的。這些少數的自由電子不是通過添加三價雜質原子產生的。在p型半導體中的電子是少數載流子。
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