2022-2023学年高二物理竞赛课件：杂质半导体

杂质半导体 杂质半导体 为了提高半导体的导电能力，在本征半导体中掺入某些微量的有用元素作为杂质，称为杂质半导体。 微量有用杂质 (1) N型半导体 在本征半导体中掺入磷、砷等五价元素。 由于掺入量极微，所以硅的原子结构基本不变，只是某些硅原子被杂质替代了。  该原子除外层的四个电子与相邻四个硅原子组成稳定的共价键结构外，仍多出一个电子，所以，掺杂后的电子数已远远超过由热激发而产生的电子数。 因此，掺杂后半导体中电子为多子，空穴为少子。称电子型半导体或N型半导体。 N型半导体的简化符号表示 施主原子 热激发的电子-空穴对 (2) P型半导体 在本征半导体中掺入微量硼、镓等三价元素。 由于掺入量极微，所以硅的原子结构基本不变，只是某些硅原子被杂质替代了。  该原子除外层的三个电子与相邻四个硅原子组成共价键结构外，还缺一个电子，留下一个空穴。所以，掺杂后的空穴数已远远超过由热激发而产生的空穴数。 因此，掺入三价元素后半导体中的空穴为多子，电子为少子。称空穴型半导体或P型半导体。 在P型半导体中的空穴浓度为： 其中： 称受主原子（为掺杂原子数） 而  杂质留下的空穴，非常容易从其它地方的电子来补充，从而使杂质原子变成带负电的负离子。 P型半导体的简化符号表示 受主原子 热激发的电子-空穴对 在热平衡的条件下，一种半导体中的两种载流子的乘积是一定的，与所掺杂质无关。 说明在半导体中，掺入杂质越多，少子越少。 N型半导体中的少子浓度： P型半导体中的少子浓度： 可以证明： 例1 在室温27度，本征半导体中的硅原子浓度为5.11022cm-3，若掺入109分之一的施主杂质。试求此时半导体中的电子和空穴浓度，两种半导体的电阻率？ 解：求施主浓度 设室温时的本征电子浓度和本征空穴浓度为 掺杂后的电子浓度 掺杂后的少子（空穴）浓度 本征半导体的电导率 其中 空穴和电子的迁移率 $