【原创分享】电子学中的百科书-本质半导体与杂质半导体

在上一篇文章中，我们了解了关于导体半导体以及绝缘体的相关知识，通过以半导体物理学这个新的思路来接触我的以及非常熟悉的知识。那么我们讨论的半导体，那么半导体的知识我们以及了解了。关于半导体的分类及如何进行半导体的掺杂，将是我们今天要研究的课题。

我们都知道：为加入其他杂质元素的半导体称为纯半导体，也就是本质半导体或叫做本征半导体。

常见的本质半导体有：硅(SI)、锗(GE)、以及砷化镓（GAAS）,其中半导体是具有负温度系数的特性，也就是温度越低，其电阻越大而温度越高，其电阻越小。

这和我们常常说的半导体器件具有温漂,所说的温漂就是半导体器件会随着温度的改变其特性会发生变化，变化最大的就是其电阻值，那么这几个常见的半导体温度变化的曲线一样吗？

不一样!如果一样，就不会出现锗二极管的淘汰随后的硅半导体的应用。那么来看一下这个图：如图所示：

 

来分析一下，我们以300K为标准，其往右温度越高，可以发现温度越高其EV的值是处于下降的趋势，也就是说温度越高的话半导体电阻特性的电阻值会降低，这也就是为什么一个半导体在一个环境中虽然我们的电压、电流甚至电路的设计都是非常完美的，如果没有考虑其使用的环境，那么这个电路是不可能长期稳定的。反过来想想是不是温度越高，半导体的导电能力就越好，虽然会出现一些极端的情况，但是给一个合适的温度，这个器件就会展现出他应该有的特性，这也就是为什么所以芯片规格书在温度值中会给一个常温25度。

这是关于半导体的温度的特性，说到底本征半导体如果不掺杂其他元素的话，本征半导体是不会导电的，也就是不具有导电能力，或者说导电能力微弱。但这仅仅是理论，没有数学的依据。

下面介绍一个定律：即质量作用定律

Ni=n*p

其中ni为本质浓度

     N为电子浓度

     P为电洞浓度也叫作空穴浓度

那么在本质半导体中其电子浓度与电洞浓度是相等的，也就是说没有电势差，没有电势差就没有电压，没有电压的形成的半导体就不具有其导电能力。

既然这样，我们就为其加入其他的元素，但加入之前，需要明白，当掺入杂质后其半导体就分为N型半导体与P型半导体。当然这是后话，下面讨论一下掺杂。

首先给出定义：加入其他杂质元素的半导体叫做掺杂，其被掺杂的半导体叫做杂质半导体又叫做外质半导体。

其掺杂工艺为：

        以硅二极管为例，其掺杂比例为1:10⁸，即每10⁸的硅原子或锗原子，掺杂一个五价元素或三价元素以增加其导电性。

下面以P型半导为例：

首先，P型半导体的形成是掺入三价元素而形成的，常用的三价元素有：硼、铝、镓等

 

当掺入三价元素后，中间会形成共价键，就是三价元素周围的紫色的轨道上面，总共有8个电子进行掺杂，但是掺入的是一个三价元素而本质半导体是一个四价元素，所以会形成一个空穴。当然这个一个半导体所形成的图形，如果有N个P型半导体。

 

其多个空穴会吸引电子来做移动，继而形成所谓的电洞流，继而形成电流

那么从共价键的图中可以看出，其空穴为多数载流子，而电子少一个即为少数载流子。就是所，多子为空穴，少子为电子的半导体叫做P型半导体。

 

这里还有一点，如果多数载流子是空穴的话，那么P型半导体所对应的极性，这里以二极管为例，其所对应的极性就为正极。因为正极为电子，而负极为空穴。

   当然这是下一节二极管的基础知识，这里略讲一下。

好了，既然了解了P型半导体，那么我们就来看一下N型半导体，首先，N型半导体掺杂的元素为5价元素，其常用的五价元素有，磷、砷、锑等。

当然如果根据P型半导体的思路，其本质半导体为四价元素，当掺入一个五价元素后，其会形成一个多余的电子，而这个多余的电子叫做自由电子，所以N型半导体为多数载流子为电子，而少数载流子为空穴，也就是所电流在物理层面是从负极流向正极。如图所示：

 

这是关于本质半导体与杂质半导体的掺杂和P型半导体与N型半导体的区别，及利用基本半导体物理学的角度分析。

那么当我们将这两个半导体进行结合，会出现什么样的物理现象，或者是一个半导体电子电路的课程研究，也就是在讨论这两个半导体结合后的物理现象及对电压、电流的一些控制和他本身的控制方法。

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