PVE-3.1 摻雜 Doping

2021-03-01 光不度IV

概覽

 摻雜是改變半導體中電子和空穴數量的一種技術手段。

N型材料是由四族的半導體材料中摻雜五族的原子。P型的材料是由四族的半導體材料摻雜三族的原子。

N-型材料通過提高電子的數目來提高半導體的導電性；P-型材料通過提高空穴的數目來提高導電性。我們可以通過摻雜一種材料從而打破晶格中的電子和空穴對的數量平衡。

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矽晶格中電子空穴對數量上的平衡可以通過摻雜其他原子來實現。

n型的半導體材料是由5價原子摻雜製備的。它們來自於元素周期表中的第五主族元素，所以這些5價電子的原子可以和4價的矽形成共價鍵。由於只有4個電子被用來形成圍繞在矽周圍的共價鍵，多餘出來一個電子就可以自由的參與導電了。本質上來說，就是在導帶上引入多餘的自由電子從而增加了半導體的電子數量。

3價原子可以產生p型半導體材料。它們來自於元素周期表中的第三主族。所以它們只有三個價電子和矽原子相互作用。由於與矽形成的共價鍵缺少一個電子，其結果是產生了空穴。在p型材料中，留給電子的位置在價帶中數量較多，從而有效地產生了多餘的空穴。無論p型還是n型材料，我們把其中具有高濃度的載流子稱為『多子』，相對低濃度的載流子稱為『少子』。

圖示，在矽晶格中摻雜其他原子，從而產生n型和p型的半導體材料。

如下表格總結了矽基半導體材料的特性


N型（負極）

P型（正極）

摻雜材料

Group V (e.g. 磷)

Group III (e.g.  硼)

鍵

多餘電子

缺少電子（空穴）

多子

電子

空穴

少子

空穴

電子

如下動圖展示了p型和n型矽。在一個典型的半導體材料中，多子濃度大約1017cm-3約，少子濃度大約1016cm-3。換句話說，少子和多子的比例小於一個人和全人類的比例。少子可以被熱或者光激發後產生。

N型半導體。多子是帶負電荷的電子，所以稱為n型。

 p型半導體，多子是帶正電荷的空穴，所以稱為p型

（實在抱歉，flash格式的動圖在蘋果系統中我不知道怎麼拷貝，點擊原文我直接link了PVE相應章節的網頁，可以查看動圖）

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