杂质半导体的特征是什么?

在本征半导体中掺入微量杂质形成杂质半导体后,其导电性能将发生显着变化。按掺入杂质的不同,杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体。

N型半导体

如果在本征半导体硅(或锗)中掺入微量5价杂质元素,如磷、锑、砷等,由于杂质原子的最外层有5个价电子,当其中的4个与硅原子形成共价键时,就会有多余的1个价电子。这个电子只受自身原子核的吸引,不受共价键的束缚,室温下就能变成自由电子,如图2.2(a)所示。磷(或锑、砷)原子失去一个电子后,成为不能移动的正离子。掺入的杂质元素越多,自由电子的浓度就越高,数量就越多。并且在这种杂质半导体中,电子浓度远远大于空穴浓度。因此,电子称为多数载流子(简称多子),空穴称为少数载流子(简称少子)。在外电场的作用下,这种杂质半导体的电流主要是电子电流。由于电子带负电荷,因此这种以电子导电为主的半导体称为N型半导体。

P型半导体

如果在本征半导体硅(或锗)中掺入微量3价元素,如硼、镓、铟等,由于杂质原子的最外层有3个价电子,当它和周围的硅原子形成共价键时,将缺少1个价电子而出现1个空穴,附近的共价键中的电子很容易来填补。如图2.2(b)所示。硼(或镓、铟)原子获得1个价电子后,成为不能移动的负离子,同时产生1个空穴。所以,掺入了3价元素的杂质半导体,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。在外电场的作用下,其电流主要是空穴电流。这种以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。

综上所述,在本征半导体中掺入5价元素可以得到N型半导体,掺入3价元素可以得到P型半导体。在N型半导体中,由于自由电子数目大大增加,增加了与空穴复合的机会,因此空穴数目便减少了同样,在P型半导体中,空穴数目大大增加,自由电子数目较掺杂前减少了。由此可知,多数载流子的浓度取决于掺杂浓度而少数载流子的浓度受温度影响很大。

本征半导体中电子和空穴的浓度相等,而掺杂半导体中电子和空穴的浓度差异相当大。在动态平衡条件下,N型半导体和P型半导体中少数载流子的浓度满足下列关系:

pi·ni=pp·np=pn·nn

式中,pi,ni,pp,np,pn,nn分别为本征半导体,P型半导体和N型半导体中的空穴浓度和电子浓度。

应当注意的是,掺杂后对于P型半导体和N型半导体而言,尽管都有一种载流子是多数载流子,一种载流子是少数载流子,但整个半导体中由于正负电荷数是相等的,它们的作用相互抵消,因此保持电中性。

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多数载流子是半导体物理的概念，对于杂质半导体,N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴称为多数载流子(简称多子),而N型半导体中的空穴和P型半导体中的电子称为少数载流子(简称少子)。

半导体材料中有电子和空穴两种载流子。 在 N 型半导体中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。

少数载流子寿命英文名称：minority carrier lifetime 定义：半导体材料中非平衡载流子因复合其浓度降为1/e的时间。 应用学科：材料科学技术（一级学科）；半导体材料（二级学科）；总论（二级学科）

载流子寿命就是指非平衡载流子的寿命。而非平衡载流子一般也就是非平衡少数载流子（因为只有少数载流子才能注入到半导体内部、并积累起来，多数载流子即使注入进去后也就通过库仑作用而很快地消失了），所以非平衡载流子寿命也就是指非平衡少数载流子寿命，即少数载流子寿命。

例如，对n型半导体，非平衡载流子寿命也就是指的是非平衡空穴的寿命。

1、杂质半导体按导体电流类型分为百电子型半导体和空穴型半导体

2、N型半导体，以电子为多数载流子的半导材料，n为negative(负)之意。

n型半导体是通过引入施主型杂质而形成的。在纯半导体材料中掺入杂质，使禁带中出现杂质能级，若杂质原子能给出电子的，其能级为度施主能级，该半导体为n型半导体。如将V族元素砷杂质加入到IV族半导体硅中。它能改变半导体的导电率和导电类型。对n型半导体，电子激发进入导带成为主要载流子。例如，内掺入第15(VA)族元素(磷、砷、锑、铋等)的硅与锗。也有某些固体总是n型的，如ZnO，TiO，V2O5和MoO3等。

P型半导体，也称为空穴型半导体。

P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。是在纯净的硅晶体中掺入三价元素（容如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强