介紹下半導體的摻雜問題

時間 2021-05-07 20:01:23

1樓:匿名使用者

雜質半導體: 通過擴散工藝,在本徵半導體中摻入少量合適的雜質元素,可得到雜質半導體。

p型半導體的導電特性:摻入的雜質越多,多子(空穴)的濃度就越高,導電效能也就越強。

結論:多子的濃度決定於雜質濃度。

少子的濃度決定於溫度。

pn結的形成:將p型半導體與n型半導體制作在同一塊矽片上,在它們的交介面就形成pn結。

pn結的特點:具有單向導電性。

半導體雜質   半導體中的雜質對電阻率的影響非常大。半導體中摻入微量雜質時,雜質原子附近的週期勢場受到干擾並形成附加的束縛狀態,在禁帶中產加的雜質能級。例如四價元素鍺或矽晶體中摻入五價元素磷、砷、銻等雜質原子時,雜質原子作為晶格的一分子,其五個價電子中有四個與周圍的鍺(或矽)原子形成共價結合,多餘的一個電子被束縛於雜質原子附近,產生類氫能級。

雜質能級位於禁帶上方靠近導帶底附近。雜質能級上的電子很易激發到導帶成為電子載流子。這種能提供電子載流子的雜質稱為施主,相應能級稱為施主能級。

施主能級上的電子躍遷到導帶所需能量比從價帶激發到導帶所需能量小得多(圖2)。在鍺或矽晶體中摻入微量三價元素硼、鋁、鎵等雜質原子時,雜質原子與周圍四個鍺(或矽)原子形成共價結合時尚缺少一個電子,因而存在一個空位,與此空位相應的能量狀態就是雜質能級,通常位於禁帶下方靠近價帶處。價帶中的電子很易激發到雜質能級上填補這個空位,使雜質原子成為負離子。

價帶中由於缺少一個電子而形成一個空穴載流子(圖3)。這種能提供空穴的雜質稱為受主雜質。存在受主雜質時,在價帶中形成一個空穴載流子所需能量比本徵半導體情形要小得多。

半導體摻雜後其電阻率大大下降。加熱或光照產生的熱激發或光激發都會使自由載流子數增加而導致電阻率減小,半導體熱敏電阻和光敏電阻就是根據此原理製成的。對摻入施主雜質的半導體,導電載流子主要是導帶中的電子,屬電子型導電,稱n型半導體。

摻入受主雜質的半導體屬空穴型導電,稱p型半導體。半導體在任何溫度下都能產生電子-空穴對,故n型半導體中可存在少量導電空穴,p型半導體中可存在少量導電電子,它們均稱為少數載流子。在半導體器件的各種效應中,少數載流子常扮演重要角色。

半導體摻雜

半導體之所以能廣泛應用在今日的數位世界中,憑藉的就是其能借由在其晶格中植入雜質改變其電性,這個過程稱之為摻雜(doping)。摻雜進入本質半導體(intrinsic semiconductor)的雜質濃度與極性皆會對半導體的導電特性產生很大的影響。而摻雜過的半導體則稱為外質半導體(extrinsic semiconductor)。

半導體摻雜物

哪種材料適合作為某種半導體材料的摻雜物(dopant)需視兩者的原子特性而定。一般而言,摻雜物依照其帶給被摻雜材料的電荷正負被區分為施體(donor)與受體(acceptor)。施體原子帶來的價電子(valence electrons)大多會與被摻雜的材料原子產生共價鍵,進而被束縛。

而沒有和被摻雜材料原子產生共價鍵的電子則會被施體原子微弱地束縛住,這個電子又稱為施體電子。和本質半導體的價電子比起來,施體電子躍遷至傳導帶所需的能量較低,比較容易在半導體材料的晶格中移動,產生電流。雖然施體電子獲得能量會躍遷至傳導帶,但並不會和本質半導體一樣留下一個電洞,施體原子在失去了電子後只會固定在半導體材料的晶格中。

因此這種因為摻雜而獲得多餘電子提供傳導的半導體稱為n型半導體(n-type semiconductor),n代表帶負電荷的電子。

和施體相對的,受體原子進入半導體晶格後,因為其價電子數目比半導體原子的價電子數量少,等效上會帶來一個的空位,這個多出的空位即可視為電洞。受體摻雜後的半導體稱為p型半導體(p-type semiconductor),p代表帶正電荷的電洞。

以一個矽的本質半導體來說明摻雜的影響。矽有四個價電子,常用於矽的摻雜物有三價與五價的元素。當只有三個價電子的三價元素如硼(boron)摻雜至矽半導體中時,硼扮演的即是受體的角色,摻雜了硼的矽半導體就是p型半導體。

反過來說,如果五價元素如磷(phosphorus)摻雜至矽半導體時,磷扮演施體的角色,摻雜磷的矽半導體成為n型半導體。

一個半導體材料有可能先後摻雜施體與受體,而如何決定此外質半導體為n型或p型必須視摻雜後的半導體中,受體帶來的電洞濃度較高或是施體帶來的電子濃度較高,亦即何者為此外質半導體的「多數載子」(majority carrier)。和多數載子相對的是少數載子(minority carrier)。對於半導體元件的操作原理分析而言,少數載子在半導體中的行為有著非常重要的地位。

2樓:匿名使用者

不是所有的摻雜都是有效的,因為矽與磷硼的摻雜會有些失敗的部分,磷硼沒有締結成四價鍵,而是三價,這時候還是不會導電,也不會有pn節。其實半導體摻雜是化學反應,不是簡單的混合,這種技術只有歐美有。當電晶體越來越小時,普通摻雜成功率越來越低,學學原子晶體,對半導體的認識會有收穫。

此外,氮元素電負性太大,與矽摻雜無法形成四價,只能是三價鍵,不可以導電的。

3樓:匿名使用者

相對而言,本徵半導體中載流子數目極少,導電能力仍然很低。但如果在其中摻入微量的雜質,所形成的雜質半導體的導電效能將大大增強。由於摻入的雜質不同,雜質半導體可以分為n型和p型兩大類。

n型半導體中摻入的雜質為磷或其他五價元素,磷原子在取代原晶體結構中的原子並構成共價鍵時,多餘的第五個價電子很容易擺脫磷原子核的束縛而成為自由電子,於是半導體中的自由電子數目大量增加,自由電子成為多數載流子,空穴則成為少數載流子。

p型半導體中摻入的雜質為硼或其他三價元素,硼原子在取代原晶體結構中的原子並構成共價鍵時,將因缺少一個價電子而形成一個空穴,於是半導體中的空穴數目大量增加,空穴成為多數載流子,而自由電子則成為少數載流子。

注意,不論是n型半導體還是p型半導體,雖然都有一種載流子佔多數,但整個晶體仍然是不帶電的。

4樓:匿名使用者

半導體是利用攙雜性使導電效能變好~!~

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