“p型硅”和“n型硅”分别掺杂什么元素？

“p型硅”  硼元素

“n型硅”   磷元素

导电率在10*e-7 ~ 10*e3 之间的材料都称为半导体，有一些半导体是纯元素，如硅，锗，这构成了半导体的基础。

纯净的硅更像是绝缘体，而不是导体，当它被施加外部作用时(比如外加电压)，没有能力改变其导电状态。所以必须往硅里面掺杂其它的元素，现在最重要的两个元素是----硼B和磷P。

当硅片被掺入硼或磷时，它的导电性就显著的改变了。通常情况下，一个纯硅片中是没有自由电子的，它所有的四个价电子都被锁住在与相邻硅原子的共价键中，由于没有自由电子，外加电压几乎无法导致电子流过硅片。

把磷加入到硅晶片中后，情况将发生改变。与硅不同，磷有五个价电子，而不是四个。其中，四个价电子和相邻的硅原子的四个价电子形成共价键。但第五个价电子没有电子结合，将飘浮在原子周围。如果一个电压施加到硅-磷混合物，这个未被束缚电子将穿过掺杂的硅片向电压的正极移动，向混合特中掺杂的磷越多，产生的电流越大。掺入磷杂质的硅称为“N型硅”，或“负电荷载流子型硅”。

一个磷原子加入到硅晶片中提供了一个未被束缚的电子，增加了电导率。加入了磷元素的硅称为N型硅。

参考资料

P型硅与N型硅的区别.移动开发[引用时间2017-12-19]

不同的掺杂元素的原子质量各不相同，质量较小的原子扩散较快，可以用于在较大范围内比较均匀的低浓度掺杂，电阻率达不到较低水平；质量较大的原子扩散较慢，但因此易于控制扩散边界和浓度，因此可用于制造小范围内高浓度掺杂。

到底选择什么材料来做掺杂，有几个方面的考虑：

（1）原子的重量（AtomMass）。掺杂一般是有两种工艺：扩散（diffusion）和离子注入（ionimplantation）。所谓扩散，就是把掺杂原子直接跟单晶硅表面接触，再加上热能的辅助，杂质原子会扩散到硅晶体里面。但是，不同的原子，扩散系数（diffusioncoefficient）是不同的。笼统而言：原子质量越高的，扩散系数会更低，也难扩散到比较深远的位置。而离子注入所能到达的深度，更是跟原子质量息息相关。原子质量越大，越需要高能加速，才能注入到更深的区域。但副作用就是，原子质量越大，加速的能量越高，会对单晶硅造成更严重的晶格损伤（Latticedamage）。如果单晶硅被打成筛子，就成了多晶硅了（armophous），其光学特性和电学特性都会改变。所以，在离子注入之后，一般需要高温煺火（thermalannealing）。高温煺火作用有二：(i)修复晶格损伤，(ii)激活（thermalactivation）掺杂原子的自由电子（或空穴）。这个煺火温度肯定要低于硅的熔点，否则硅片都成液态了。但即便如此，如果latticedamage过于严重，煺火不见得能完全修复。

（2）激活能量(ActivationEnergy)。掺杂的原子进入单晶硅取代硅原子的位置，还需要煺火处理，来激活自由电子（空穴），从而改变半导体材料的导电性。不同的掺杂原子，其电子（空穴），从禁带（bandgap）里面的能级跃迁到导带（conductionband，对应电子）或者价带（valenceband，对应空穴），所需要提供的能量差是不一样的。具体的数值，我记得在半导体物理类的参考书里面有一个表格可以查到。这个能量差越大，需要煺火的温度越高。而集成电路制造，一定是有thermalbudget的，即，不能用太高的温度（+太长的煺火时间），否则会影响之前其他工艺流程所达到的参数。

所以，选择什么元素做掺杂，一定是个综合考量的过程。比如，希望在小区域内形成高浓度掺杂，用离子注入，低能量，重掺杂原子，效果会好。而希望在大的区域内形成比较均匀的低浓度掺杂，用扩散，轻一些的掺杂原子，更能达到目的。

P型，掺杂铝、硼、嫁等三价元素，成为空穴型半导体，性质为最外层有三个电子，与硅形成共价键，易得到一个电子。

N型，掺杂磷、锑、砷等五价元素，成为电子型半导体，性质为最外层有五个电子，与硅形成共价键，易失去一个电子。

当P-N结同时存在时，而N型的电子浓度大，向P型一侧移动，造成电子在P型材料富集，表现负电荷；同样，P型的空穴浓度大，向N型一侧移动，造成空穴在N型材料富集，表现正电荷；这样内建电场就形成。

在P-N结的内建电场作用下，N区在太阳能电池受光面时，P区的电子向N区运动，即受光面积累大量电子；P区在电池背光面，N区的空穴向P区运动，积累大量空穴。在电池受光、背光两面引出金属电极，并用互连带连接负载，用电表就能检测到有电流在负载上通过。

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