我們已經(jīng)知道純半導體的導電性很差,高溫條件下內(nèi)部有熱載流子產(chǎn)生才能使它們半導電。在大多數(shù)的應用中,常用參雜的方法來使它們半導電。
摻雜是在硅晶體中加入其它叫做雜質(zhì)的物質(zhì)來改變其電特性的處理過程。常用的一種雜質(zhì)叫做砷,砷被認為是施主雜質(zhì),因為每個砷原子都會供給晶體一個自由電子。圖8-7表示了簡化了的砷原子。砷在很多方面都不同于硅,但是它最重要的不同點是在價軌道上5個價電子。
當一個砷原子進入硅晶體后,將會產(chǎn)生一個自由電子。圖8-8表示了自由電子的產(chǎn)生過程。相鄰的硅原子的共價鍵捕獲砷原子的4個價電子形成新的共價鍵,就像是其它的硅原子一樣,牢牢地把砷原子固定在晶體中。砷的第五個價電子不能形成鍵的形式,因而對于晶體而言,它就是自由電子。這樣這些電子就可以自由運動,可以充當載流子。甚至在室溫條件下含有砷原子的硅就可以成為半導電。
摻雜降低了硅晶體的電阻。當有5個價電子的施主雜質(zhì)被摻雜進來,就會產(chǎn)生自由電子。因為電子帶有負電荷,我們就說產(chǎn)生了n型半導體。
p型半導體
摻雜還包括其它類型的雜質(zhì)材料。圖8-9表示簡化的硼原子。注意到硼只有3個價電子,如果硼原子進入硅晶體,就會產(chǎn)生p型的載流子。
圖8-10表示與相鄰硅原子不能形成一個共價鍵,因而產(chǎn)生了一個空穴,或缺少一個電子??昭ū恢付閹д姾桑驗樗軌蛭粋€電子或被一個電子填充。
硼稱為受主雜質(zhì)。在晶體中每個硼原子會產(chǎn)生一個能夠接受電子的空穴。
空穴也充當載流子。在導體中或在n型半導體中,載流子是電子。自由電子在外加電壓作用下運動,并且它們向電壓的正端漂移運動。但是,在p型半導體中,空穴是向電壓源的負端移動??昭娏髋c電子電流相等但方向相反,圖8-11顯示n型半導體和p型半導體材料之間的區(qū)別,在圖8-11(a)中,載流子是電子,它們向電壓源的正端漂移。在圖8-11(b)中,載流子是空穴,它們向電壓源的負端漂移。