1、N型半导体:磷有五个价电子,而只需拿出四个与相邻的硅原 子进行共价键结合,多余一个电子未被束缚在共价键中,仅受 磷原子核内的正电核吸引比共价键弱),在常温下很容易挣脱 束缚成为自由电子(施主杂质能级比较高,接近导带,常温下 几乎全部电离,成为自由电子),磷原子因少一个电子成为带 正电荷的磷离子(但其束缚在晶格中,不能移动,不能象载流 子那样起导电作用),因其施放电子,故称施主杂质。 与本征激发相比,N型半导体中自由电子浓度大大增加,而空穴 因与自由电子相遇而复合机会增加浓度反而更小了。杂质 半导体中载流子浓度不再相等,多的称为多数载流子又称多子, 少的称为少数载流子,又称少子
1、N型半导体：磷有五个价电子，而只需拿出四个与相邻的硅原 子进行共价键结合，多余一个电子未被束缚在共价键中，仅受 磷原子核内的正电核吸引比共价键弱），在常温下很容易挣脱 束缚成为自由电子（施主杂质能级比 较高，接近导带，常温下 几乎全部电离，成为自由电子），磷原子因少一个电子成为带 正电荷的磷离子（但其束缚在晶格中，不能移动，不能象载流 子那样起导电作用），因其施放电子，故称施主杂质。 与本征激发相比，N型半导体中自由电子浓度大大增加，而空穴 因与自由电子相遇而复合机会增加 浓度反而更小了。杂质 半导体中载流子浓度不再相等，多的称为多数载流子 又称多子， 少的称为少数载流子，又称少子
2、P型半导体:硼只有三个价电子,在与相邻的硅原子形成共价键 时,缺少一个价电子,因而形成一个空穴,这个空穴不是释放 价电子形成的,不会同时产生自由电子,而自由电子因与空穴 相遇而复合机会增加浓度反而更小了。 当空穴由相邻共价键中的价电子填补时(相当于空穴移动),硼 原子由于接受一个电子成为带负电的硼离子(受主杂质能级比 较低,接近价带,常温下价带中价电子很容易获得能量来填补 这个能级,从而产生空穴),因其接受电子而产生空穴,称为 受主杂质。 3、杂质半导体的载流子浓度:在杂质半导体中,载流子是由杂质 电离和本征激发两个过程产生的,杂质电离只能产生一种载流 子(施主杂质是自由电子,受主杂质是空穴),在常温下杂质 原子几乎全部电离,由杂质电离产生的载流子浓度等于掺入杂 质的浓度。掺杂越多,多子数目就越多,少子数目就越少,但 它们之间的定量关系服从下面两个约束:
2、P型半导体：硼只有三个价电子，在与相邻的硅原子形成共价键 时，缺少一 个价电子，因而形成一个空穴，这个空穴不是释放 价电子形成的，不会同时 产生自由电子，而自由电子因与空穴 相遇而复合机会增加浓度反而更小了。 当空穴由相邻共价键中的价电子填补时（相当于空穴移动），硼 原子由于接 受一个电子成为带负电的硼离子（受主杂质能级比 较低，接近价带，常温下 价带中价电子很容易获得能量来填补 这个能级，从而产生空穴），因其接受 电子而产生空穴，称为 受主杂质。 3、杂质半导体的载流子浓度：在杂质半导体中，载流子是由杂质 电离和本征激 发两个过程产生的，杂质电离只能产生一种载流 子（施主杂质是自由电子， 受主杂质是空穴），在常温下杂质 原子几乎全部电离，由杂质电离产生的载 流子浓度等于掺入杂 质的浓度。掺杂越多，多子数目就越多，少子数目就越 少，但 它们之间的定量关系服从下面两个约束：
1)、在热平衡状态下,满足相应的热平衡条件:当温度一定时, 两种载流子热平衡浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值 N的平方NP=Ni 2)、满足电中性条件,整块半导体中的正电荷量恒等于负电荷 量。若施主杂质浓度为Nd,则带正电的有已电离的杂质 原子和少子空穴,带负电的仅是多子自由电子,这样电 中性条件为: N=Nd+Po由热平衡条件得: Nd+P0)P0=Ni由于Nd》Po故:NdPo≈N2 同理对受主杂质 Na+N)N=N2由于Na》N故:NaN≈N2 Na为受主杂质浓度
（1）、在热平衡状态下，满足相应的热平衡条件：当温度一定时， 两种载 流子热平衡浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值 Ni的平方 N0P0=Ni2 （2）、满足电中性条件，整块半导体中的正电荷量恒等于负电荷 量。若施 主杂质浓度为Nd，则带正电的有已电离的杂质 原子和少子空穴，带 负电的 仅是多子自由电子，这样电 中性条件为： N0= Nd+P0 由热平衡条件得： （ Nd+P0）P0= Ni2 由于Nd》 P0 故： Nd P0 Ni2 同理对受主杂质： （ Na+N0）N0= Ni2 由于Na》 N0 故： NaN0 Ni2 Na 为受主杂质浓度
例题:一块本征硅片,先掺入浓度为8×10-6cm3的五价砷原子,再 掺入浓度为5×1017cm3的三价硼原子,问它为何种杂质半导体,并 求室温时多子和少子的热平衡浓度值 解:由于Na大于Nd,结果是Nd释放的自由电子全部填入Na产生 的空穴外,还余下(Na-Nd)个空穴,因而杂质半导体 由N型转变为P型。 根据电中性条件:P0=Na-Nd+N≈Na-Nd=42×101cm3 相应少子浓度N=(Ni2P0)=54×102cm3 杂质半导体的多子浓度与温度无关,而少子浓度与N成正比,因 而随温度升高而迅速增大,直到少子浓度增大到与多子浓度相当, 杂质半导体又恢复到类似的本征半导体,少子浓度的温度敏感特 性是导致半导体器件温度特性差的主要原因
例题：一块本征硅片，先掺入浓度为8×1016cm-3的五价砷原子，再 掺入浓度为5×1017cm-3的三价硼原子，问它为何种杂质半导体，并 求室温时多子 和少子的热平衡浓度值。 解：由于Na大于Nd，结果是Nd释放的自由电子全部填入Na产生 的空穴外，还 余下（ Na - Nd ）个空穴，因而杂质半导体 由N型转变为P型。 根据电中性 条件：P0= Na - Nd +N0 Na - Nd=4.2 ×1017cm-3 相应少子浓度 N0 =（Ni2 /P0）=5.4 ×102cm-3 杂质半导体的多子浓度与温度无关，而少子浓度与Ni2成正比，因 而随温度升 高而迅速增大，直到少子浓度增大到与多子浓度相当， 杂质半导体又恢复到 类似的本征半导体，少子浓度的温度敏感特 性是导致半导体器件温度特性差的主要原因
三、漂移和扩散 半导体中有自由电子和空穴两种载流子,它们除了在电场作 用下形成漂移电流外,还会在浓度差的作用下产生定向的扩散运 动,形成相应的扩散电流,而导体中不存在扩散电流,也没有空 穴漂移电流,只有自由电子在电场作用下形成的漂移电流。 1、漂移电流:载流子在外加电场作用下,形成漂移电流,如下图 1-2所示:若设Jpt和Jnt分别为空穴和自由电子的漂移电流密 度(单位截面积的电流),则它们分别为: Jpt=qpμpE Jnt=-(-a) nu.E 电场方向 图1-2
+ V — 图1-2 三、漂移和扩散 半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们除了在电场作 用下形成漂移电 流外，还会在浓度差的作用下产生定向的扩散运 动，形成相应的扩散电流， 而导体中不存在扩散电流，也没有空 穴漂移电流，只有自由电子在电场作用 下形成的漂移电流。 1、漂移电流：载流子在外加电场作用下，形成漂移电流，如下图 1-2所示： 若设Jpt和Jnt分别为空穴和自由电子的漂移电流密 度（单位截面积的电流）， 则它们分别为： Jpt=qpPE Jnt = -（-q）nnE 电场方向