在本征半導體中摻入某些微量的雜質,就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。如果使自由電子濃度大大增加的雜質半導體稱為n型半導體(電子半導體),使空穴濃度大大增加的雜質半導體稱為p型半導體(空穴半導體)。
1、n型半導體
在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷(或銻),晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代,磷原子的最外層有五個價電子,其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵,必定多出一個電子,這個電子幾乎不受束縛,很容易被激發(fā)而成為自由電子,這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子,稱為施主原子。如圖1所示。
圖1 n型半導體的晶體結構
在n型半導體中,自由電子的濃度遠大于空穴的濃度,因此自由電子稱為多數載流子(簡稱多子),而其中空穴稱為少數載流子(簡稱少子)。n型半導體主要靠自由電子導電,摻入的雜質越多,自由電子的濃度就越高,導電性能也就越強。
2、p型半導體
在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素,如硼(或銦),晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代,硼原子的最外層有三個價電子,與相鄰的半導體原子形成共價鍵時,產生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補,使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子,所以稱為受主原子。如圖2所示。
圖2 p型半導體的晶體結構
在p型半導體中,空穴的濃度遠大于自由電子的濃度,因此空穴稱為多數載流子(簡稱多子),而其中自由電子稱為少數載流子(簡稱少子)。p型半導體主要靠空穴導電,摻入的雜質越多,空穴的濃度就越高,導電性能也就越強。
在雜質半導體中,多數載流子的濃度由摻入的雜質濃度決定;少數載流子的濃度主要取決于溫度的影響。
對于雜質半導體來說,無論是n型還是p型半導體,從總體上看,仍然保持著電中性。為了簡單起見,通常只畫出其中的正離子和等量的自由電子來表示n型半導體,同樣地,只畫出負離子和等量的空穴來表示p型半導體,分別如圖3所示。
圖3 雜質半導體的簡化表示法
雜質半導體的奇妙之處在于:本征半導體摻入不同性質、不同濃度的雜質后,并對p型半導體和n型半導體采用不同的方式組合,可以制造出形形色色、品種繁多、用途各異的半導體器件。