杂质半导体

半导体器件都是由杂质半导体构成的，通过扩散工艺，在本征半导体内掺入少量合适的杂质元素，便可得到杂质半导体。按掺入的杂质元素不同，可形成P型半导体和N型半导体，控制掺入杂质元素的浓度，就可控制杂质半导体的导电性能。

1.P型半导体

在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的硼或铝、镓等三价元素，例如硼（B），由于掺入硼的数量相对硅原子数量极少，所以本征半导体晶体结构不会改变，只是晶体结构中某些位置上的硅原子被硼原子取代，而硼原子只能提供三个价电子，它与相邻的四个硅原子组成共价键时，必有一个共价键因缺少一个电子而出现空穴，这个空穴将吸引邻近的价电子来填补，因而使硼原子成为负离子（空间电荷），如图10－2所示。一个硼原子就增加一个空穴，由于掺入硼原子的绝对数量很多，因此空穴的数量很多，这种半导体以空穴导电为主，因而称为空穴导电型半导体，简称P型半导体，其中空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。

2.N型半导体

在本征半导体硅（或锗）中掺入少量的磷或砷、锑等五价元素，例如磷（P），由于掺入磷的数量相对硅原子数量极少，所以本征半导体晶体结构不会改变，只是晶体结构中某些位置上的硅原子被磷原子取代，在磷原子的五个价电子中，只需四个价电子与相邻的四个硅原子组成共价键结构，多余的一个价电子不参加共价键，只受磷原子核的微弱吸引，很容易脱离磷原子而成为自由电子，磷原子则因失去了一个电子变成了正离子，称为空间电荷，如图10－3所示。一个磷原子就增加一个自由电子，由于掺入磷原子的绝对数量很多，因此自由电子的数量很多。这种半导体以自由电子导电为主，因而称为电子导电型半导体，简称N型半导体，其中自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。

图10－2　P型半导体

图10－3　N型半导体

由于掺入杂质使多数载流子的浓度大大增加，可以认为，多数载流子的浓度由掺杂浓度决定，因而它受温度的影响很小；而少数载流子是本征激发形成的，所以尽管其浓度很低，却对温度非常敏感，这将影响半导体器件的性能。