半導體導電原理,至少需要三種元素

2020-12-04 愛上半導體

本徵半導體

沒有雜質的純淨的晶體才算得上本徵半導體,比如矽、鍺。

本徵半導體是不導電的,為什麼這麼說呢?

首先我們需要了解矽原子的最外層結構,矽原子最外層有四個電子。

經過一系列的複雜工藝之後,含有雜質的矽被製成單晶體,這就是本徵半導體。

每兩個矽原子之間都會形成一個共價鍵,這樣每一個矽原子最外層都會達到8個電子的穩定結構。

因為每一個原子最外層都有8個電子,它既不容易失去電子,也很難再去得到一個電子。

這樣的話它是很難導電的。

也可以說矽本身是屬於絕緣體這一類的。

那麼如何讓矽原子展示它導體的一面呢?

在上世紀50年代,聰明的人類以非常巧妙的方式解決了這個問題。

N型半導體

聰明的人類發現純淨的矽晶體是不導電的,但是給你摻雜一些其它原子,可以讓你具有導電的性質。

五價磷

摻入的雜質原子是正五價的磷原子,它的最外層有五個電子。

然後把它和矽原子摻雜在一起是這樣的,可以看到下圖最中間的磷原子最外層有9個電子。

多出來的這一個電子叫做多子,它是極易容易失去的,如果摻雜了更多多磷原子,就會更容易失去更多的電子,這就有了電效應。

現在你知道它為什麼叫N型半導體了嗎?

因為它帶負電,電子就是負電,而N取自於negative的首字母,negative就是負極的意思。

但是這種電效應是沒有方向的,它可能左邊飄走一個電子、右邊飄走一個電子,這樣的話左右抵消等於是沒有電流流過。

我們需要的是往一個方向流動的電流,該怎麼辦呢?

P型半導體

既然能讓矽最外層多出一個電子,那就用同樣的方法讓矽的最外層少一個電子。

於是人們往純淨的矽原子裡面摻雜了正三價硼原子。

然後,我們把這個硼原子摻入到純淨的矽晶體當中,如下圖所示:

由於硼原子最外層只有7個電子,所以會留下一個空穴,在P型半導體當中,我們把空穴叫做多子。

P型半導體的空穴是極易容易得到電子的,如果摻雜了更多多硼原子,就會更容易得到更多的電子,這對外就會吸引電子來填滿它的空穴。

現在你知道它為什麼叫P型半導體了嗎?

因為它對外帶正電,而P取自於positive的首字母,positive就是正極的意思。

N型半導體最外層多一個電子(針對摻雜雜誌原子而言)。

P型半導體最外層少一個電子(針對摻雜雜誌原子而言)。

如果把這兩種半導體結合在一塊會發生什麼呢?

我想答案大家應該很清楚了,N型半導體多出來的電子會進入P型半導體的空穴,這樣就可以形成電子的定向移動了。

接下來看看聰明的人類怎麼把他們整合到一塊的吧。

好了,這一篇就到此為止,因為在這個內容快消費的時代,很少有人能對這種科普知識有耐心,如果寫太多的話,會使閱讀完成率大大下降。

所以把接下來的1000字留到下一篇吧。請及時關注筆者的更新。

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