什么是N型、P型半導(dǎo)體,什么是N+型、P-型半導(dǎo)體,這兩個(gè)是有什么含義?
信息來源:本站 日期:2017-07-28
N型、P型半導(dǎo)體與N+型、P-型半導(dǎo)體
就材料的導(dǎo)電性而言,大致可以分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體三大類(圖1.5),無論哪種材料,都有一定的電阻,另外還有一類沒有
電阻的“超導(dǎo)體”,只是目前在常溫條件下還沒有實(shí)用化。這三類材料之間并無絕對(duì)的界限,一定條件下是可以轉(zhuǎn)化的。
材料的導(dǎo)電性是由材料中的自由電子(Extra electron)的數(shù)量決定的。從能量的角度來看,自由電子的能量比較高,因此往外力的作用下(電場(chǎng)等)可以自由移動(dòng),如果將它們集中起來,就是導(dǎo)帶(Conduction Band),剩下的部分就是價(jià)帶( Valence Band),參見圖1.6。價(jià)帶的電子如果獲得足夠的能量,也能夠變成導(dǎo)帶的自由電子。從價(jià)帶到導(dǎo)帶之間的(能量)差(距離)稱為能隙。
導(dǎo)體(一般為金屬材料)的能隙非常小,在室溫下,只需很小的能量?jī)r(jià)帶的電子就能夠很容易跳躍至導(dǎo)帶而導(dǎo)電;絕緣體的靜隙比較大(通常大于9。V),電子很難跳躍至導(dǎo)帶,所以不導(dǎo)電;半導(dǎo)體的能隙約為1- 3eV,介于導(dǎo)體和絕緣體之間,只要給予適當(dāng)?shù)哪芰炕蛘吒淖兡芟兜拇笮。湍軌驅(qū)щ姟?
在半導(dǎo)體小加入合適的“雜質(zhì)”就可以改變和控制它的能隙大小。如果在純Si(硅)中摻雜(l)oping)少量的As(砷)或P(磷),二者的最外層有五個(gè)電子,而Si外層只有4個(gè)電子,因此就會(huì)多出——個(gè)自由電子,這樣就形成了“N”型半導(dǎo)體,如圖1.7所示;如果在純Si巾?yè)饺松倭康腂(硼),硼的最外層只有三個(gè)電子,這樣就少了一個(gè)電子,形成了一個(gè)空穴( Hole),形成了“P”型半導(dǎo)體。
半導(dǎo)體中的自由電子和空穴通稱為載流子(Carrier)。需要說明的是,沒有摻雜的普通半導(dǎo)體巾也是有自由電子和空穴的,只是數(shù)量相對(duì)比較少而已,因此這些原本就有的自由電子和空穴統(tǒng)稱為“少子”(少數(shù)載流子);因?yàn)閾诫s而形成的自由電子和空穴的數(shù)暈相對(duì)比較多,因此通稱為“多子”(多數(shù)載流子)。
摻雜造成半導(dǎo)體材料中局部自由電子或者空穴增加的過程稱為“離子化”。前者稱為“負(fù)離子化”,后者稱為“正離子化”。僅采用摻雜丁藝形成的半導(dǎo)體材料,N型半導(dǎo)體因?yàn)樽杂呻娮訑?shù)量偏多而對(duì)外顯現(xiàn)負(fù)極性,有時(shí)候也標(biāo)識(shí)為“N-”,相應(yīng)的,P型半導(dǎo)體也標(biāo)為“P+”。采用非摻雜工藝,如高能離子輻照、激光照射等方法可以讓價(jià)帶的電子獲得足夠高的能量而成為自由電子,也可以讓自由電子失去足夠多的能量而降低為價(jià)帶的非自由電子,這種方法稱為“激發(fā)”,采用激發(fā)的方法使N型半導(dǎo)體中的空穴增多,使之對(duì)外顯示正極性,就成為“N+”半導(dǎo)體;使P型半導(dǎo)體中的自由電子增多,使之對(duì)外顯示負(fù)極性,就成為“P”半導(dǎo)體。
自由電子導(dǎo)電的方式與導(dǎo)線線巾電流的流動(dòng)類似,在電場(chǎng)作用下,負(fù)離子化(Ionization)程度高的原子將多余的電子向著離子化程度比較低的方向傳遞;空穴導(dǎo)電則是正離子化的材料中,原子核外由于電子缺失形成的窄穴在電場(chǎng)作用下,空穴被少子(白由電子)補(bǔ)入而造成空穴“移動(dòng)”所形成的電流(一般稱為正電流)
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