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      P型半導體的定義及形成

      作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2023/5/6

      PN結二極管由P型和N型兩種半導體材料的兩個相鄰部分組成,這些材料是半導體,例如Si(硅)或 Ge(鍺),包括原子雜質。這里的半導體類型可以由雜質種類決定,而向半導體材料中添加雜質的過程稱為摻雜。

      含有雜質的半導體稱為摻雜半導體,主要包括P型半導體和N型半導體,本文簡單介紹下P型半導體的摻雜及其能量圖。

      P型半導體的定義

      一旦將三價材料賦予純半導體(Si/Ge),就稱為P型半導體。在這里,三價材料是硼、銦、鎵、鋁等。最常見的是,半導體由硅材料制成,因為它的價殼中包含4個電子。為了制造P型半導體,可以在其中添加額外的材料,例如鋁或硼。這些材料的價外殼層中僅包含三個電子。

      這些P型半導體是通過摻雜半導體材料制成的。與半導體的量相比,它們添加了少量的雜質。通過改變添加的摻雜量,半導體的精確特性將改變。在這種類型的半導體中,與電子相比,空穴的數量更多。硼/鎵等三價雜質常用于Si類摻雜雜質。所以P型半導體的例子是鎵或硼。

      摻雜

      在P型半導體中加入雜質以改變其性質的過程稱為P型半導體摻雜。通常,用于摻雜三價和五價元素的材料是Si和Ge。因此,這種半導體可以通過使用三價雜質摻雜本征半導體來形成。這里的“P”表示正極材料,表示半導體中的空穴很高。

       

      P型半導體空穴動畫 

      P型半導體形成

      Si半導體是四價元素,晶體的共同結構包括來自4個外層電子的4個共價鍵。在Si中,III族和V族元素是最常見的摻雜劑。III族元素包括3個外部電子,當用于摻雜Si時,它們的作用類似于受體。

      一旦受體原子改變晶體內的四價硅原子,就可以產生電子空穴。它是一種電荷載體,負責在半導體材料中產生電流。

      這種半導體中的電荷載流子帶正電,并在半導體材料中從一個原子移動到另一個原子。添加到本征半導體中的三價元素將在結構內產生正電子空穴。例如,摻雜有III族元素(如硼)的a-Si晶體將產生P型半導體,但摻雜有V族元素(如磷)的晶體將產生N型半導體。整個空穴數可以等于整個供體部位數 (p ≈ NA)。P型半導體的多數電荷載流子是空穴,而少數電荷載流子是電子。

      P型半導體能量圖

      P型半導體能帶圖如下所示,通過添加三價雜質,共價鍵中空穴的數量可以在晶體中形成,在導帶內也可以訪問較少量的電子。

       

      一旦將室溫下的熱能傳遞給Ge晶體以形成電子-空穴對,就會產生能量。然而,由于與電子相比大多數空穴,電荷載流子高于導帶內的電子。因此,這種材料被稱為P型半導體,其中P表示正極材料。

      通過P型半導體傳導

      在P型半導體中,大量的空穴是由三價雜質產生的。當在這種類型的半導體上施加電位差時,如下圖所示:

       

      PN結形成過程的動畫 

      價帶中的空穴指向負極端子,由于流過晶體的電流是通過空穴來流動的,空穴是正電荷的載體,因此,這種類型的導電性被稱為正或P型導電性。在P型導電性中,價電子從一個共價移動到另一個共價。

      N型半導體的電導率幾乎是P型半導體的兩倍。在N型半導體的導帶中可用的電子比在P型半導體的價帶中可用的空穴更容易移動。

      空穴的流動性很差,這是因為它們更多地與原子核結合。

      即使在室溫下,也會形成電子-空穴對。這些微量可用的自由電子在P型半導體中也攜帶少量電流。

      總結

      P型非本征半導體是在純半導體中添加少量三價雜質而形成的,結果會在其中產生大量空穴。通過添加鎵和銦等三價雜質,在半導體材料中提供了大量的空穴。

      這種產生P型半導體的雜質被稱為受主雜質,因為它們中的每個原子都會產生一個可以接受一個電子的空穴,而空穴是主要的電荷載體。

      Tags:半導體,P型半導體,空穴  
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