SLG84517VTR因为硼原子在硅晶体中能接受电子,故称硼为受主杂质或P①型杂质。在硅中加人的受主杂质除硼外尚有铟和铝。

值得注意的是,在加入受主杂质产生空穴的同时,并不产生新的自由电子,但原来的本征晶体由于本征激发仍会产生少量的电子-空穴对。控制掺入杂质的多少,便可控制空穴数量。在P型半导体中,空穴数远大于自由电子数,在这种半导体中,以空穴导电为主,因而空穴为多数载流子,自由电子为少数载流子。

若用ⅣΛ表示受主原子的浓度,乃表示少子电子的浓度,P表示总空穴的浓度,则有如下的浓度关系:

nA+n=p                   (3,1.2)

这是因为材料中的剩余电荷浓度必为零。或者说,离子化的受主原子的负电荷加上自由电子必与空穴的正电荷相等。

N型半导体,仿照P型半导体,为在半导体内产生多余的电子,可以将一种叫做施主杂质或N型杂质掺人硅的晶体内。施主原子在掺杂半导体的共价键结构中多

余一个电子。在硅工艺中,典型的施主原子有磷、砷和锑。当一个施主原子加入半导体后,其多余的电子易受热激发而挣脱共价键的束缚成为自由电子,如图3,1.6所示。自由电子参与传导电流,它移动后,在施主原子的位置上留下一个固定的、不能移动的正离子,但半导体仍保持中性。此外,在产生自由电子的同时,并不产生相应的空穴。正因为掺人施主原子的半导体会有多余的自由电子,故称之为电子型半导体或N②型半导体。在N型半导体中,电子为多数载流子,空穴为少数载流子。

施主原子提供的多余的电子施主正离子,N型半导体的共价键结构系Pouve之字头,因该类型半导体中参与导电的多数载流子为带正电荷的空穴而得名。

系Neguiw之字头,囚该类型半导体中参与导电的多数载流于为带负电秽f的自由电亍而得名.半导体的基本知识与电场的方向相反。对于空穴而言,则有

yp=upE                 (3.2.2)

在室温(300K)情况下,硅材料内的电子迁移率un约为1~sO0c耐/(Ⅴ・s),空穴的迁移率up约为狎5c亻/(Ⅴ・s)。这就是说,对于给定的电场,在硅材料内电子移动的速度约为空穴移动速度的3倍。后续各章的讨论将看到,各种三端器件(含半导体三极管、场效应管等)的导电机制,主要是由空穴或自由电子导电构成。在数字电路或高频模拟电路中,电子导电器件优于空穴导电器件.

扩散在半导体内,由于制造工艺和运行机制等原因,致使某一特定的区域内,其空穴或电子的浓度高于正常值。基于载流子的浓度差异和随机热运动速度,载流子由高浓度区域向低浓度的区域扩散,从而形成扩散电流。如果没有外来的超量载流子的注人或电场的作用,晶体内的载流子浓度趋向于均匀直至扩散电流为零。

PN结的形成,如前所述,P型半导体中含有受主杂质,在室温下,受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。N型半导体中含有施主杂质,在室温下,施主杂质电离为带负电的自由电子和带正电的施主离子。此外,P型和N型半导体

中还有少数受本征激发产生的自由电子和空穴,通常本征激发产生的载流子要

比掺杂产生的载流子少得多。

在半导体两个不同的区域分别掺入三价和五价杂质元素,便形成P型区和N型区。这样,在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差异,N型区内电子浓度很高,而P型区内空穴浓度很高。电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散。即有一些电子要从N型区向P型区扩散,也有一些空穴要从P型区向N型区扩散,如图3,2.1所示。它们扩散的结果就使P区和N区的交界处原来呈现的电中性被破坏了。P区一边失去空穴,留下了带负电的杂质离子(图3.2.1中用Θ表示);N区一边失去电子,留下了带正电的杂质离子(图中用⊙表示)。半导体中的离子虽然也带电,但由于物质结构的关系,它们不能任意移动,因此并不参与导电。这些不能移动的带电粒子集中在P区和N区交界面附近,形成了一个很薄的空间电荷区,这就是所谓的PN结。在这个区域内,多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区有时又称为耗尽区。它的电阻率很高。扩散越强,空间电荷区越宽。