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什么是N型、P型半導體,什么是N+型、P-型半導體,這兩個是有什么含義?

信息來源:本站 日期:2017-07-28 

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N型、P型半導體與N+型、P-型半導體

就材料的導電性而言,大致可以分為絕緣體、半導體、導體三大類(圖1.5),無論哪種材料,都有一定的電阻,另外還有一類沒有
電阻的“超導體”,只是目前在常溫條件下還沒有實用化。這三類材料之間并無絕對的界限,一定條件下是可以轉化的。

材料的導電性是由材料中的自由電子(Extra electron)的數量決定的。從能量的角度來看,自由電子的能量比較高,因此往外力的作用下(電場等)可以自由移動,如果將它們集中起來,就是導帶(Conduction Band),剩下的部分就是價帶( Valence Band),參見圖1.6。價帶的電子如果獲得足夠的能量,也能夠變成導帶的自由電子。從價帶到導帶之間的(能量)差(距離)稱為能隙。


導體(一般為金屬材料)的能隙非常小,在室溫下,只需很小的能量價帶的電子就能夠很容易跳躍至導帶而導電;絕緣體的靜隙比較大(通常大于9。V),電子很難跳躍至導帶,所以不導電;半導體的能隙約為1- 3eV,介于導體和絕緣體之間,只要給予適當的能量或者改變能隙的大小,就能夠導電。

在半導體小加入合適的“雜質”就可以改變和控制它的能隙大小。如果在純Si(硅)中摻雜(l)oping)少量的As(砷)或P(磷),二者的最外層有五個電子,而Si外層只有4個電子,因此就會多出——個自由電子,這樣就形成了“N”型半導體,如圖1.7所示;如果在純Si巾摻人少量的B(硼),硼的最外層只有三個電子,這樣就少了一個電子,形成了一個空穴( Hole),形成了“P”型半導體。


半導體中的自由電子和空穴通稱為載流子(Carrier)。需要說明的是,沒有摻雜的普通半導體巾也是有自由電子和空穴的,只是數量相對比較少而已,因此這些原本就有的自由電子和空穴統稱為“少子”(少數載流子);因為摻雜而形成的自由電子和空穴的數暈相對比較多,因此通稱為“多子”(多數載流子)。


摻雜造成半導體材料中局部自由電子或者空穴增加的過程稱為“離子化”。前者稱為“負離子化”,后者稱為“正離子化”。僅采用摻雜丁藝形成的半導體材料,N型半導體因為自由電子數量偏多而對外顯現負極性,有時候也標識為“N-”,相應的,P型半導體也標為“P+”。采用非摻雜工藝,如高能離子輻照、激光照射等方法可以讓價帶的電子獲得足夠高的能量而成為自由電子,也可以讓自由電子失去足夠多的能量而降低為價帶的非自由電子,這種方法稱為“激發”,采用激發的方法使N型半導體中的空穴增多,使之對外顯示正極性,就成為“N+”半導體;使P型半導體中的自由電子增多,使之對外顯示負極性,就成為“P”半導體。

自由電子導電的方式與導線線巾電流的流動類似,在電場作用下,負離子化(Ionization)程度高的原子將多余的電子向著離子化程度比較低的方向傳遞;空穴導電則是正離子化的材料中,原子核外由于電子缺失形成的窄穴在電場作用下,空穴被少子(白由電子)補入而造成空穴“移動”所形成的電流(一般稱為正電流)



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