常温下,本征半导体中的自由电子和空穴的浓度非常低,导电能力很弱。若利用掺杂工艺在本征半导体中掺入少量杂质元素,就可以使一种载流子的浓度远大于另一种,此时的半导体称为杂质半导体。
其导电性能远好于本征半导体在硅单晶中掺入少量五价杂质元素磷后,磷原子将取代晶格中硅原子的位置。由于磷原子的最外层有五个价电子,除了与周围四个硅原子形成共价键外,多余的那个价电子很容易因热激发而成为自由电子,磷原子则成为不能移动的正离子,于是自由电子浓度远高于空穴,从而形成N型半导体。反之,若在硅单晶中掺入三价杂质元素(例如硼),则空穴浓度将远高于自由电子,从而形成P型半导体通常浓度高的载流子称为多数载流子,简称多子;浓度低的载流子称为少数载流子,简称少子。因此N型半导体中的多子是自由电子,少子是空穴;而P型半导体中的多子是空穴,少子是自由电子。应当指出,无论P型半导体还是N型半导体,其对外总是呈电中性的。
杂质半导体的特征
杂质半导体主要靠多子导电,多子浓度约等于所掺入的杂质原子的浓度,掺杂浓度越高,意味着多子浓度越高,导电能力越强。而少子是热激发产生的,所以尽管少子浓度很低,却对温度非常敏感,这将影响半导体器件的性能。