
如果在硅基体中掺入少量的价电子数为3的元素(如硼),当硼和硅形成共价键的时候,因为硼的外层电子不足以完全填补硅原子的空轨道,必然要吸收一个多余的自由电子来成键,于是在半导体内部形成一个“空壳”,这个空壳呈现出正电性。硅和硼的这种混合物被称为P型半导体(Positive Semiconduct)。
如果硅基体中掺入少量的价电子数为5的元素(如磷),当磷和硅形成共价键的时候,因为磷的外层电子在完全填补硅原子的空轨道还有富余,必然会脱离原子核成为自由电子,于是在半导体内部呈现出负电性。硅和磷的这种混合物被称为N型半导体(Negative Semiconduct)。
P型和N型半导体是二极管和三极管制作的基础。
砷作为外层电子数为5的元素,它和锗的组合将会产生N型半导体。但是考虑到原料成本因素,通常半导体工业都会选择磷而非砷作为N型半导体的制作原料。
大多数类金属都可以。比较常见的有硅(Si)、锗(Ge)、镓(Ga)等。其中硅和锗一般使用其单质,而镓则使用其砷化物砷化镓(GaAs)作为半导体材料。砷化镓是一种重要的半导体材料。属Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。属闪锌矿型晶格结构,禁带宽度是1.4电子伏。不过砷化镓也有不足之处,即其热稳定性不好,高温分解,限制了其普及运用。锗、硅、硒、砷化镓及许多金属氧化物和金属硫化物等物体,它们的导电能力介于导体和绝缘体之间,叫做半导体。半导体具有一些特殊性质。如利用半导体的电阻率与温度的关系可制成自动控制用的热敏元件(热敏电阻);利用它的光敏特性可制成自动控制用的光敏元件,像光电池、光电管和光敏电阻等。
半导体还有一个最重要的性质,如果在纯净的半导体物质中适当地掺入微量杂质测其导电能力将会成百万倍地增加。利用这一特性可制造各种不同用途的半导体器件,如半导体二极管、三极管等。
把一块半导体的一边制成P型区,另一边制成N型区,则在交界处附近形成一个具有特殊性能的薄层,一般称此薄层为PN结。图中上部分为P型半导体和N型半导体界面两边载流子的扩散作用(用黑色箭头表示)。中间部分为PN结的形成过程,示意载流子的扩散作用大于漂移作用(用蓝色箭头表示,红色箭头表示内建电场的方向)。下边部分为PN结的形成。表示扩散作用和漂移作用的动态平衡。
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