雜質半導體

含有雜質的半導體

雜質半導體(英語:extrinsic semiconductor)又稱外質半導體非本徵半導體,是摻雜了雜質的半導體,即在本徵半導體中加入摻雜物,使得其電學性質較無雜質半導體發生了改變,其電荷載子濃度取決於雜質或其他缺陷。

雜質半導體一般分為含n型或p型的雜質,在一定條件下(例如加熱),可迫使其標準狀態產生新的電子帶電子間隙,分別稱為n型半導體與p型半導體。

n型半導體

n型半導體(n-type semiconductor)又稱電子型半導體,因摻有「施主雜質」使其原子的電子密度與電洞密度不平衡,導電的電子密度超過流動的電洞密度(產生超額的電子),導電性則由這些多數載子為帶負電荷的電子來決定。

概而言之,就是在純淨晶體的半導體(本徵半導體,如矽晶體或鍺晶體)中,摻入少量的五價元素雜質(如),由於半導體原子(如矽原子)被雜質原子取代,五價元素的雜質(以磷為例)會和純半導體作用,磷原子的五個外層電子中的四個與周圍的半導體原子形成共價鍵,多出的一個電子幾乎不受束縛,較易成為自由電子。於是,n型半導體就成為了含自由電子濃度較高的半導體,其導電性主要是因為自由電子導電。

p型半導體

p型半導體(p-type semiconductor)又稱電洞型半導體,因摻有「受主雜質」使其原子的電子密度與電洞密度不平衡,流動的電洞密度超過導電的電子密度,導電性則由這些多數載子為帶正電荷的電洞(空穴)來決定。

概而言之,就是在純淨晶體的半導體(本徵半導體,如矽晶體或鍺晶體)中,摻入少量的三價元素雜質(如),由於半導體原子(如矽原子)被雜質原子取代,三價元素的雜質(以硼為例)會和純半導體作用,硼原子的三個外層電子與周圍的半導體原子形成共價鍵的時候,會產生一個「電洞」(空穴),這個電洞可能吸引束縛電子來「填充」,使得硼原子成為帶負電的離子。這樣,這類半導體由於含有較高濃度的「電洞」(「相當於」正電荷),成為能夠導電的物質。

摻雜

若在純矽中摻雜(doping)少許的施子(即五價原子,最外層有5個電子的原子)如磷、砷、銻,施子的一個價電子就會成為自由電子,如此形成n型半導體,自由電子為n型半導體中導電的主要載子(多數載子)。

若在純矽中摻雜少許的受子(即三價原子,最外層有3個電子的原子)如硼、鋁、鎵、銦,就少了1個電子,而形成一個電洞(Hole,或稱電孔),如此形成p型半導體,電孔為p型半導體中導電的主要載子(多數載子)。

因摻雜前的本質半導體與雜質皆為電中性,摻雜後的外質半導體也為電中性。

參考來源

文獻
引用

外部連結