P型半導(dǎo)體的定義及形成

PN結(jié)二極管由P型和N型兩種半導(dǎo)體材料的兩個(gè)相鄰部分組成，這些材料是半導(dǎo)體，例如Si(硅)或 Ge(鍺)，包括原子雜質(zhì)。這里的半導(dǎo)體類型可以由雜質(zhì)種類決定，而向半導(dǎo)體材料中添加雜質(zhì)的過程稱為摻雜。

含有雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為摻雜半導(dǎo)體，主要包括P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，本文簡單介紹下P型半導(dǎo)體的摻雜及其能量圖。

P型半導(dǎo)體的定義

一旦將三價(jià)材料賦予純半導(dǎo)體(Si/Ge)，就稱為P型半導(dǎo)體。在這里，三價(jià)材料是硼、銦、鎵、鋁等。最常見的是，半導(dǎo)體由硅材料制成，因?yàn)樗膬r(jià)殼中包含4個(gè)電子。為了制造P型半導(dǎo)體，可以在其中添加額外的材料，例如鋁或硼。這些材料的價(jià)外殼層中僅包含三個(gè)電子。

這些P型半導(dǎo)體是通過摻雜半導(dǎo)體材料制成的。與半導(dǎo)體的量相比，它們添加了少量的雜質(zhì)。通過改變添加的摻雜量，半導(dǎo)體的精確特性將改變。在這種類型的半導(dǎo)體中，與電子相比，空穴的數(shù)量更多。硼/鎵等三價(jià)雜質(zhì)常用于Si類摻雜雜質(zhì)。所以P型半導(dǎo)體的例子是鎵或硼。

摻雜

在P型半導(dǎo)體中加入雜質(zhì)以改變其性質(zhì)的過程稱為P型半導(dǎo)體摻雜。通常，用于摻雜三價(jià)和五價(jià)元素的材料是Si和Ge。因此，這種半導(dǎo)體可以通過使用三價(jià)雜質(zhì)摻雜本征半導(dǎo)體來形成。這里的“P”表示正極材料，表示半導(dǎo)體中的空穴很高。

P型半導(dǎo)體形成

Si半導(dǎo)體是四價(jià)元素，晶體的共同結(jié)構(gòu)包括來自4個(gè)外層電子的4個(gè)共價(jià)鍵。在Si中，III族和V族元素是最常見的摻雜劑。III族元素包括3個(gè)外部電子，當(dāng)用于摻雜Si時(shí)，它們的作用類似于受體。

一旦受體原子改變晶體內(nèi)的四價(jià)硅原子，就可以產(chǎn)生電子空穴。它是一種電荷載體，負(fù)責(zé)在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生電流。

這種半導(dǎo)體中的電荷載流子帶正電，并在半導(dǎo)體材料中從一個(gè)原子移動到另一個(gè)原子。添加到本征半導(dǎo)體中的三價(jià)元素將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生正電子空穴。例如，摻雜有III族元素(如硼)的a-Si晶體將產(chǎn)生P型半導(dǎo)體，但摻雜有V族元素(如磷)的晶體將產(chǎn)生N型半導(dǎo)體。整個(gè)空穴數(shù)可以等于整個(gè)供體部位數(shù) (p ≈ NA)。P型半導(dǎo)體的多數(shù)電荷載流子是空穴，而少數(shù)電荷載流子是電子。

P型半導(dǎo)體能量圖

P型半導(dǎo)體能帶圖如下所示，通過添加三價(jià)雜質(zhì)，共價(jià)鍵中空穴的數(shù)量可以在晶體中形成，在導(dǎo)帶內(nèi)也可以訪問較少量的電子。

一旦將室溫下的熱能傳遞給Ge晶體以形成電子-空穴對，就會產(chǎn)生能量。然而，由于與電子相比大多數(shù)空穴，電荷載流子高于導(dǎo)帶內(nèi)的電子。因此，這種材料被稱為P型半導(dǎo)體，其中P表示正極材料。

通過P型半導(dǎo)體傳導(dǎo)

在P型半導(dǎo)體中，大量的空穴是由三價(jià)雜質(zhì)產(chǎn)生的。當(dāng)在這種類型的半導(dǎo)體上施加電位差時(shí)，如下圖所示：

價(jià)帶中的空穴指向負(fù)極端子，由于流過晶體的電流是通過空穴來流動的，空穴是正電荷的載體，因此，這種類型的導(dǎo)電性被稱為正或P型導(dǎo)電性。在P型導(dǎo)電性中，價(jià)電子從一個(gè)共價(jià)移動到另一個(gè)共價(jià)。

N型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率幾乎是P型半導(dǎo)體的兩倍。在N型半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中可用的電子比在P型半導(dǎo)體的價(jià)帶中可用的空穴更容易移動。

空穴的流動性很差，這是因?yàn)樗鼈兏嗟嘏c原子核結(jié)合。

即使在室溫下，也會形成電子-空穴對。這些微量可用的自由電子在P型半導(dǎo)體中也攜帶少量電流。

總結(jié)

P型非本征半導(dǎo)體是在純半導(dǎo)體中添加少量三價(jià)雜質(zhì)而形成的，結(jié)果會在其中產(chǎn)生大量空穴。通過添加鎵和銦等三價(jià)雜質(zhì)，在半導(dǎo)體材料中提供了大量的空穴。

這種產(chǎn)生P型半導(dǎo)體的雜質(zhì)被稱為受主雜質(zhì)，因?yàn)樗鼈冎械拿總€(gè)原子都會產(chǎn)生一個(gè)可以接受一個(gè)電子的空穴，而空穴是主要的電荷載體。