2022-2023学年高二物理竞赛课件：杂质半导体（混合物）

杂质半导体（混合物） 杂质半导体（混合物） 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。 2 掺杂浓度为百万分之一 1. N型半导体 杂质半导体 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供，还有热激发提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。 N型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），其中磷原子与四个相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子。 +4 +4 +5 +4 N型半导体 多余电子 磷原子 掺杂浓度为百万分之一 载流子浓度增加： N型半导体 N型半导体中的载流子是什么？ 结论：1、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度 。 2、自由电子浓度远大于空穴浓度。 多数载流子（多子） 自由电子 少数载流子（少子） 空穴。 ？ 2. P型半导体 3.1.4 杂质半导体 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。 P型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），硼原子与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。 +4 +4 +3 +4 空穴 P型半导体 硼原子 掺杂浓度为百万分之一 载流子浓度增加： 3. 杂质对半导体导电性的影响 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3 1 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3 $