杂质半导体保持中性细胞数偏高的原因的原因

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-09-30 13:01 标签： 杂质半导体
什么是杂质半导体?杂质半导体是指
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摘要: 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。如果使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P ...
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。如果使自由浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P型半导体（空穴半导体）。
1、N型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻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，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。如图1所示。
图1 N型半导体的晶体结构
在N型半导体中，自由电子的浓度远大于空穴的浓度，因此自由电子称为多数载流子（简称多子），而其中空穴称为少数载流子（简称少子）。N型半导体主要靠自由电子导电，掺入的杂质越多，自由电子的浓度就越高，导电性能也就越强。
2、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），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。如图2所示。
图2 P型半导体的晶体结构
在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度，因此空穴称为多数载流子（简称多子），而其中自由电子称为少数载流子（简称少子）。P型半导体主要靠空穴导电，掺入的杂质越多，空穴的浓度就越高，导电性能也就越强。
在杂质半导体中，多数载流子的浓度由掺入的杂质浓度决定；少数载流子的浓度主要取决于温度的影响。
对于杂质半导体来说，无论是N型还是P型半导体，从总体上看，仍然保持着电中性。为了简单起见，通常只画出其中的正离子和等量的自由电子来表示N型半导体，同样地，只画出负离子和等量的空穴来表示P型半导体，分别如图3所示。
图3 杂质半导体的简化表示法
杂质半导体的奇妙之处在于：本征半导体掺入不同性质、不同浓度的杂质后，并对P型半导体和N型半导体采用不同的方式组合，可以制造出形形色色、品种繁多、用途各异的半导体器件。
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因为在PN结的两边由于存在一个耗尽层,多子已经在一定区域内耗尽了,从而形成从N区到P区的内建电场,所以这时候少子的在电场中的运动就变的很重要了．就比如N区的孔穴会在内建电场的作用下,向p区运动．形成电流．非平衡多数载流子的浓度和多数载流子浓度相比几乎可以忽略,所以常研究非平衡小数载流子的浓度
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杂质半导体因掺入杂质性质不同，杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电 子（N）型半导体两大类。 半导体中的杂质对电导率的影响非常大。&&---
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杂质半导体因掺入杂质性质不同，杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电 子（N）型半导体两大类。 半导体中的杂质对电导率的影响非常大。
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什么是杂质半导体？
杂质半导体的定义
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。杂质半导体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。制备杂质半导体时一般按百万分之一数量级的比例在本征半导体中掺杂。
杂质半导体的原理
杂质半导体因掺入杂质性质不同，杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电 子（N）型半导体两大类。 半导体中的杂质对电导率的影响非常大。
杂质半导体
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半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施主(dor)杂质，相应能级称为施主能级，位于禁带上方靠近导带底附近。例如四价元素锗或硅晶体中 掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共价键，多余的一个电子被束缚于杂质原 子附近，产生类氢浅能级&施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多，很易激发到导带成为电子载流子，因此对于掺入 施主杂质的半导体，导电载流子主要是被激发到导带中的电子，属电子导电型，称为N型半导体。由于半导体中总是存在本征激发的电子空穴对，所以在n型半导体 中电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
相应地，能提供空穴载流子的杂质称为受 主(Acceptor)杂质，相应能级称为受主能级，位于禁带下方靠近价带顶附近。例如在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、镓等杂质原子时，杂质原子 与周围四个锗（或硅）原子形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是受主能级。由于受主能级靠近价带顶，价带中的电子 很容易激发到受主能级上填补这个空位，使受主杂质原子成为负电中心。同时价带中由于电离出一个电子而留下一个空位，形成自由的空穴载流子，这一过程所需电 离能比本征半导体情形下产生电子空穴对要小得多。因此这时空穴是多数载流子，杂质半导体主要靠空穴导电，即空穴导电型，称为p型半导体。在P型半导体中空 穴是多数载流子，电子是少数载流子。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。
杂质半导体的分类
1．N型半导体
在纯净的硅（或锗）晶体中，掺入少量磷（或其他五价元素，如砷），由于掺入的元素数量较少，因此整个晶体结构基本上保持不变，只是某些位置上的硅原子被磷 原子替代。磷原子五个价电子中的四个与硅原子形成共价键结构，而多余一个价电子处于共价键之外，很容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。这样，半导体中自由 电子数目明显增加，大大提高了半导体的导电性能。同时空穴数量远少于自由电子数量，故自由电子被称为多数载流子（简称多子），空穴被称为少数载流子（简称 少子）。这种杂质半导体主要以电子导电为主，称为电子半导项目1设计与制作线性集成直流稳压电源体，简称N型半导体，如下图（3）所示。
2．P型半导体
在纯净的硅（或锗）晶体中，掺人少量硼（或其他三价元素，如铝），硼原子与周围的硅原子形成共价键时，会因缺少一个价电子而在共价键中出现一个空位，这 个空位很容易被相邻的价电子填补，而使失去价电子的共价键出现一个空穴。这样，在杂质半导体中出现大量空穴，空穴被称为多数载流子，自由电子被称为少数载 流子。这种杂质半导体主要靠空穴导电，称为空穴半导体，简称P型半导体，如下图（3）所示。
必须指出的是，不论是N型半导体还是P型半导体，虽然都是一种载流子占多数，但整个晶体中正负电荷数量相等，呈现电中性。
杂质半导体与本征半导体的区别
不含杂质和缺陷的纯净半导体，其内部电子和空穴浓度相等，称为本征半导体。本征半导体本征半导体的导电能力很弱，热稳定性也很差，因此，不宜直接用它制造 半导体器件。反之，掺入一定量杂质的半导体称为杂质半导体或非本征半导体，这是实际用于制作半导体器件及集成电路的材料。
半导体材料具有两个非常重要的特性：
(1)热敏和光敏特性（当温度升高或者光照增强 时，其导电能力大大增强）；
(2)掺杂特性（在纯净的半导体中掺人少量的杂质后，半导体的导电能力大大增强）。
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