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一、n型半导体

n型半导体的n取自negative的首字母

掺杂、缺陷,都可以造成导带中电子浓度的增高。对于硅、锗类半导体材料,掺杂磷P、砷As、锑Sb等Ⅴ族元素,当杂质原子以替带方式取代晶格中的锗、硅原子时,可提供除满足共价键配位以外的一个多余电子,这就形成了半导体中导带电子浓度的增加,该类杂质原子称为施主donor,Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的施主往往采用Ⅳ或Ⅵ族元素.某些氧化物半导体,如ZnO、Ta2O5等,其化学配比往往呈现缺氧.这些氧空位能表现出施主的作用,又叫施主杂质,因而该类氧化物通常呈电子导电性,即是N型半导体,真空加热,能进一步加强缺氧的程度,这表现为更强的电子导电性.

半导体能带结构分析方法 能带结构n型半导体(1)

比如上图,磷的价电子层有5个电子,当它与价电子层有4个电子的纯硅掺杂时,它形成4个共价键。这就剩下了一个价电子的存在,这个电子可以自由地运动进入导带。这个电子被认为是自由电子,以电子导电为主,与导电的 (即导电载体) 主要是带负电的电子,这些电子来自半导体中的施主,进而提高了材料的导电性,所以P又叫施主杂质

二、n型半导体的能带图

半导体能带结构分析方法 能带结构n型半导体(2)

对于n型半导体,如上图所示,施主能级(又叫杂质能级)在费米能级以上,更靠近费米能级故而价带上的电子更容易通过费米能级跃迁到杂质能级上,导致导带上得到电子,带负电negative,这也是n型半导体n字的由来。

总的来说,III、V族元素在Si,Ge晶体中分别是受主和施主杂质,在禁带中引入能级(又称杂质能级),受主能级比价带顶高,施主能级比导带底低。这些杂质可以处于两种状态,即未电离的中性态以及电离后的离化态,离化态是我们关注最多的,即在离化态的时候,受主杂质向价带提供空穴而成为负电中心,施主杂质向导带提供电子而成为正电中心

三、n, p型半导体的区别

1. 当III族元素被掺杂到一个完整的半导体材料Si,Ge中时,就产生了p型半导体。相反,当V族元素被掺杂时,就会产生n型半导体;

2. 如镓、硼、铟等组分掺杂,形成p型半导体;因此,它会产生一个额外的空穴,因此也被称为受体杂质。相反,铋、砷、锑等组分被掺杂后产生n型半导体,产生额外的电子,因此也被称为施主杂质;

3. p型半导体和n型半导体的另一个关键区别是,在p型半导体中,空穴是大多数载流子,少数载流子是电子。而在n型半导体中,电子表现为多数载流子,。少数载流子是空穴;

4. 器件的电导率主要取决于大多数载流子。因此,在p型半导体中,空穴受电流传导的影响。相反,在n型半导体的情况下,电子负责电流的传导;

5. 在p型半导体的情况下,费米能级似乎更接近价带而不是导带。相反,在n型半导体的情况下,费米能级存在于导带附近;

6. 在p型半导体材料中,空穴的聚集比电子多。在n型半导体中,电子的浓度比带隙更重要。

参考《半导体物理学》

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