半导体电子浓度和空穴浓度计算

在纯净半导体中掺入微量的杂质元素，形成的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质元素的不同，可将半导体分为P型半导体和N型半导体。

1.P型半导体

在纯净半导体中掺入微量的三价杂质元素（如硼等），其导电能力会大大增强。掺入三价杂质元素后，在与半导体原子形成共价键结构时会多出1个空穴，空穴容易接收电子使杂质元素原子成为负离子，如图1.1.4所示。此时空穴的浓度大于自由电子的浓度，因此称空穴是多数载流子，简称多子；自由电子是少数载流子，简称少子。通常称这种掺入三价杂质元素的半导体为P型半导体，也称空穴型半导体。

2.N型半导体

在纯净半导体中掺入微量的五价杂质元素（如磷等），由于磷原子的最外层有5个电子，在与周围的半导体原子形成共价键结构时会多出1个电子，电子在受外部条件激发（如通电、加热）时可能会挣脱原子核的束缚形成自由电子，此时杂质元素由于失去电子而成为正离子，如图1.1.5所示。此时自由电子的浓度大于空穴的浓度，因此此时自由电子是多子；空穴是共价键上的电子挣脱原子核的束缚而产生的，因此空穴是少子。通常称这种掺入五价杂质元素的半导体为N型半导体，也称为电子型半导体。

图1.1.4　P型半导体

图1.1.5　N型半导体

可以认为，多子的浓度约等于掺入的杂质元素的浓度，掺入的杂质元素越多，多子浓度就越高，则该杂质半导体的导电性能也就越强。并且多子浓度受温度的影响很小。

少子的浓度与温度相关，温度升高时，少子浓度增加，但总体来说其浓度很低。杂质半导体的少子尽管浓度很低，但对温度非常敏感，这就是半导体器件的温敏特性的由来。

尽管P型半导体和N型半导体中都有多子和少子，但对外仍保持电中性。这是因为在室温下，虽然P型半导体中的杂质原子电离为带正电的空穴和带负电的杂质离子，N型半导体中的杂质原子电离为带负电的自由电子和带正电的杂质离子，但P型和N型半导体中还有少数本征激发产生的电子和空穴，通常情况下本征激发产生的载流子要比掺杂的少得多，从而造成半导体中的正负电荷数是相等的，它们的作用相互抵消，因此杂质半导体仍保持电中性。