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计算机原理
第一篇 数字电路
N型半导体与P型半导体
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2025-06-08 19:38
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N型半导体与P型半导体
在半导体材料里,加入微量杂质的含量可以显著改变半导体的导电能力,这里的掺入是指对本征半导体掺入合适的杂质元素,按掺入杂质元素不同,可形成N型半导体和P型半导体。而控制掺入杂质元素的浓度,从而控制掺杂半导体的导电性能。 ## N型半导体 N是指Negative,由于电子带负电而得名,即为了让晶体结构多电子出来,一般掺入+5价元素,例如:鳞P。由于P原子最外层有5个电子,它与周围硅$Si$ 原子形成共价键以后,还多出一个电子,这个电子稍微给出一点能量就会称为自由电子。而杂质原子因在晶格上,且缺少电子,故变为不能移动的正离子。如下图所示: {width=500px} 在N型半导体里,自由电子的浓度大于空穴的浓度,故自由电子称为多数载流子(多子);空穴称为少数载流子(少子)。因此N型半导体主要靠自由电子来导电,掺入杂质越高越多,多子浓度越高,导电性也就越强。 我们来看看多子浓度变高后,少子浓度怎样变化?少子浓度降低,原因是:因为自由电子多了,它和空穴复合的几率加大。 当温度升高时,载流子的数目会增加,且多子增加的数目和少子增加的数目相同,而少子浓度变化比多子浓度变化高(由于少子和多子的基数不一样,但增加个数是相同的)。因此别小看少子它浓度低,但少子是影响半导体器件温度稳定性的一个重要因素,从而也需要看少子有多少。 ## P型半导体 P是指Positive,由于空穴带正电而得名,即为了让晶体结构多空穴出来,一般掺入+3价元素,例如:B。由于B原子与周围$Si$原子形成共价键以后,就产生一个空位(空位为电中性),当Si原子外层电子填补此空位时,其共价键便产生一个空穴,而杂质原子成为不可移动的负离子。如下图所示: {width=500px} ### 和N型半导体对比,在P型半导体里: 空穴时多子,自由电子是少子 导电性主要靠空穴。掺入杂质越多,空穴浓度越高,使得导电性能越强(因为杂质原子中的空位吸收电子),少子浓度降低。 当温度升高,自由电子的浓度变化比空穴的浓度变化高
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