杂质半导体的基本原理

半导体中的杂质对电导率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形成杂质半导体，一般可分为N型半导体和P型半导体。

半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施主(Donor)杂质，相应能级称为施主能级，位于禁带上方靠近导带底附近。例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共价键，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢浅能级—施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多，很易激发到导带成为电子载流子，因此对于掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是被激发到导带中的电子，属电子导电型，称为N型半导体。由于半导体中总是存在本征激发的电子空穴对，所以在n型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子。

相应地，能提供空穴载流子的杂质称为受主(Acceptor)杂质，相应能级称为受主能级，位于禁带下方靠近价带顶附近。例如在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、镓等杂质原子时，杂质原子与周围四个锗（或硅）原子形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是受主能级。由于受主能级靠近价带顶，价带中的电子很容易激发到受主能级上填补这个空位，使受主杂质原子成为负电中心。同时价带中由于电离出一个电子而留下一个空位，形成自由的空穴载流子，这一过程所需电离能比本征半导体情形下产生电子空穴对要小得多。因此这时空穴是多数载流子，杂质半导体主要靠空穴导电，即空穴导电型，称为p型半导体。在P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。

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

本征半导体中的载流子都是由本征激发所产生的，一般数量不多（随温度而指数函数式增大）。

但是，掺入施主杂质或者受主杂质以后，则杂质可提供大量的电子或者空穴，这就是多数载流子；这时，还是存在少数载流子，那就是本征激发出来的一些载流子。

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