二、杂质半导体

    在本征半导体中掺入某些微量杂质元素，可使半导体的导电性发生显著变化。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。要注意，这里的杂质半导体是在提纯的本征半导体中掺入一定浓度的三价或五价元素而得到的，不是普通意义上的含有多种任意杂质的半导体。根据掺入杂质的不同，分为P型半导体和N型半导体。

    1．N型半导体

    在硅（或锗）中掺入少量五价元素磷（或砷），形成N型半导体，如图1.1.2所示。因为磷原子有五个价电子，所以在和周围的四个硅原子在构成共价键时，会多出一个自由电子，这样自由电子在N型半导体中的数目远大于空穴的数目，故N型半导体的多数载流子（多子）是自由电子，相应的少数载流子（少子）为空穴。由于5价杂质可以提供多出来的电子，故称其为施主原子。

    要注意的是，虽然两种杂质半导体的导电能力增加了，但整体而言仍是中性不带电的。

图1.1.2　N型半导体

    2．P型半导体

    在硅（或锗）中掺入少量三价元素，如硼元素，就可形成P型半导体。如图1.1.3所示。因为硼原子有三个价电子，所以在和周围的四个硅原子构成共价键时，会留有一个空穴，这样空穴在P型半导体中的数目远大于自由电子的数目，故P型半导体的多数载流子（多子）是空穴，相应的少数载流子（少子）为自由电子。3价杂质产生多余的空穴，起着接受电子的作用，因此称其为受主原子。

图1.1.3　P型半导体

    掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，因为多数载流子是由掺入的杂质的浓度决定的。一些典型的数据如下：

    T=300K　室温下,本征硅的原子浓度：4.96×10²²/cm³

    本征硅的电子和空穴浓度为：n=p=1.4×10¹⁰/cm³

    掺杂后，N型半导体中的自由电子浓度为：n=5×10¹⁶/cm³

    由上述数据可以看出，本征硅中自由电子浓度比掺入杂质后N型半导体中的自由电子浓度小的多（约差100万倍），所以，掺杂对半导体的导电性影响很大。