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半导体中载流子
半导体中载流子
与温度关系很大：
温升１５０度时，浓度增大４个数量级。
半导体中载流子
上式两边取自然对数并求解EFi有：
禁带中央
本征费米能级精确位于禁带中央；
本征费米能级会稍高于禁带中央；
本征费米能级会稍低于禁带中央；
间隙式杂质，替位式杂质
杂质进入半导体后可以存在于晶格原子之间的间隙位置上，称为间隙式杂质，间隙式杂质原子一般较小。
也可以取代晶格原子而位于格点上，称为替（代）位式杂质，替位式杂质通常与被取代的晶格原子大小比较接近而且电子壳层结构也相似。
图 替位式杂质和间隙式杂质
Ⅲ、Ⅴ族元素掺入Ⅳ族的Si或Ge中形成替位式杂质，用单位体积中的杂质原子数，也就是杂质浓度来定量描述杂质含量多少，杂质浓度的单位为1/cm3 。
非本征半导体：
掺杂半导体
掺入５价的磷原子
施主杂质
以Si中掺入V族元素磷(P)为例：
当有五个价电子的磷原子取代Si原子而位于格点上时，磷原子五个价电子中的四个与周围的四个Si原子组成四个共价键，还多出一个价电子，磷原子所在处也多余一个称为正电中心磷离子的正电荷。
多余的这个电子被正电中心磷离子所吸引只能在其周围运动，不过这种吸引要远弱于共价键的束缚，只需很小的能量就可以使其挣脱束缚，形成能在整个晶体中“自由”运动的导电电子。
而正电中心磷离子被晶格所束缚，不能运动。
由于以磷为代表的Ⅴ族元素在Si中能够施放导电电子，称V族元素为施主杂质或n型杂质，用Nd表示。
电子脱离施主杂质的束缚成为导电电子的过程称为施主电离，所需要的能量ΔED称为施主杂质电离能。ΔED的大小与半导体材料和杂质种类有关，但远小于Si和Ge的禁带宽度。
施主杂质未电离时是中性的，称为束缚态或中性态，电离后称为施主离化态。
Si中掺入施主杂质后，通过杂质电离增加了导电电子数量从而增强了半导体的导电能力。
把主要依靠电子导电的半导体称为n型半导体。n型半导体中电子称为多数载流子，简称多子；而空穴称为少数载流子，简称少子。
掺入３价的硼原子
受主杂质
以Si中掺入Ⅲ族元素硼(B)为例：
硼只有三个价电子，为与周围四个Si原子形成四个共价键，必须从附近的Si原子共价键中夺取一个电子，这样硼原子就多出一个电子，形成负电中心硼离子，同时在Si的共价键中产生了一个空穴。
这个被负电中心硼离子依靠静电引力束缚的空穴还不是自由的，不能参加导电，但这种束缚作用同样很弱，很小的能量ΔEA就使其成为可以“自由”运动的导电空穴。
而负电中心硼离子被晶格所束缚，不能运动。
由于以硼原子为代表的Ⅲ族元素在Si、Ge中能够接受电子而产生导电空穴，称Ⅲ族元素为受主杂质或p型杂质，用Na表示。
空穴挣脱受主杂质束缚的过程称为受主电离，而所需要的能量ΔEA称为受主杂质电离能。
不同半导体和不同受主杂质其ΔEA也不相同，但ΔEA通常远小于Si和Ge禁带宽度。
受主杂质未电离时是中性的，称为束缚态或中性态，电离后成为负电中心，称为受主离化态。
Si中掺入受主杂质后，受主电离增加了导电空穴，增强了半导体导电能力，把主要依靠空穴导电的半导体称作p型半导体。p型半导体中空穴是多子，电子是少子。
常见杂质的电离能
GaAs的杂质电离能
双性杂质的概念＿硅替代镓做施主，替代砷做受主．

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