杂质半导体

本征半导体的载流子浓度低，达不到 半导体器件 控制导电性能的需要。为控制半导体的导电性能，常常在本征半导体中掺入一定量的特定杂质，使半导体材料的导电性得到很大的提高，这个过程叫作掺杂，掺杂后的半导体称为杂质半导体。一般掺入的杂质多为三价或五价元素，掺入三价元素的半导体称为P型半导体，掺入五价元素的半导体称为N型半导体。

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、 、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。

本征半导体

不含杂质和缺陷的纯净半导体，其内部 电子和空穴 浓度 相等 ，称为本征半导体。本征半导体不宜用于制作半导体器件，因其制成的器件性能很不稳定。反之，掺入一定量杂质的半导体称为杂质半导体或 非本征半导体 ，这是实际用于制作半导体器件及 集成电路 的材料。

分类

本征半导体的导电能力很弱，热稳定性也很差，因此，不宜直接用它制造半导体器件。半导体器件多数是用含有一定数量的某种杂质的半导体制成。根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种。

一、N型半导体 　在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的5价元素，例如磷，则磷原子就取代了硅 晶体 中少量的硅原子，占据晶格上的某些位置。由图可见，磷原子最外层有5个价电子，其中4个价电子分别与邻近4个硅原子形成 共价键 结构，多余的1个价电子在共价键之外，只受到磷原子对它微弱的束缚，因此在室温下，即可获得挣脱束缚所需要的能量而成为自由电子，游离于晶格之间。失去电子的磷原子则成为不能移动的 正离子 。磷原子由于可以释放1个电子而被称为施主原子，又称施主杂质。

在本征半导体中每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子，而本征激发产生的 空穴 的数目不变。这样，在掺入磷的半导体中，自由电子的数目就远远超过了空穴数目，成为多数载流子（简称多子），空穴则为少数载流子（简称少子）。显然，参与导电的主要是电子，故这种半导体称为 电子型半导体 ，简称N型半导体。

二、P型半导体 　在本征半导体硅（或锗）中，若掺入微量的3价元素，如硼，这时 硼原子 就取代了 晶体 中的少量硅原子，占据晶格上的某些位置。由图可知，硼原子的3个价电子分别与其邻近的3个硅原子中的3个价电子组成完整的 共价键 ，而与其相邻的另1个硅原子的共价键中则缺少1个电子，出现了1个 空穴 。这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼原子获得了1个电子而变成负离子。同时，邻近共价键上出现1个空穴。由于硼原子起着接受电子的作用，故称为受主原子，又称 受主杂质 。

在本征半导体中每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴，当掺入一定数量的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于本征激发电子的数目，成为多数载流子，而电子则成为少数载流子。显然，参与导电的主要是空穴，故这种半导体称为 空穴型半导体 ，简称P型半导体。