第三章 P型半导体和N型半导体接触

p型和n型半导体的区别：P 型半导体也称为空穴型半导体。

N型半导体也称为电子型半导体。

1、由于纯净的半导体导电性较差，不能直接用来制造晶体管。

于是，人们在纯净的半导体中掺入微量杂质元素，使半导体的导电性能大大增强，这种半导体称为杂质半导体。

根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体可分为，P型半导体（或空穴型半导体）和N型半导体（或电子型半导体）两大类。

这里"P”是指”正”的意思，“N“是指”负”的意思。

2、当PN结加上正向电压时有较大的电流通过，正向电阻很小，PN 结处于导通状态；当PN结加上反向电压时只有很小的电流通过，或者粗略地认为没有电流通过，反向电阻很大，PN结处于截止状态。

这就是PN结的重要特性-一单向导电性。

从这里可以看出，PN结具有单向导电性的关键是它的阻挡层的存在，及其随外加电压而变化。

3、高纯的单晶硅是重要的半导体材料。

在单晶硅中掺入微量的第IIIA 族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型半导体。

p型半导体和n型半导体结合在一起形成p-n结，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。

在开发能源方面是一种很有前途的材料。

P型和N型半导体P型和N型半导体如果杂质是周期表中第Ⅲ族中的⼀种元素──受主杂质，例如硼或铟，它们的价电⼦带都只有三个电⼦，并且它们传导带的最⼩能级低于第Ⅳ族元素的传导电⼦能级。

因此电⼦能够更容易地由锗或硅的价电⼦带跃迁到硼或铟的传导带。

在这个过程中，由于失去了电⼦⽽产⽣了⼀个正离⼦，因为这对于其它电⼦⽽⾔是个“空位”，所以通常把它叫做“空⽳”，⽽这种材料被称为“P”型半导体。

在这样的材料中传导主要是由带正电的空⽳引起的，因⽽在这种情况下电⼦是“少数载流⼦”。

如图1所⽰。

N型半导体如果掺⼊的杂质是周期表第V族中的某种元素──施主杂质，例如砷或锑，这些元素的价电⼦带都有五个电⼦，然⽽，杂质元素价电⼦的最⼤能级⼤于锗（或硅）的最⼤能级，因此电⼦很容易从这个能级进⼊第Ⅳ族元素的传导带。

这些材料就变成了半导体。

因为传导性是由于有多余的负离⼦引起的，所以称为“N”型。

也有些材料的传导性是由于材料中有多余的正离⼦，但主要还是由于有⼤量的电⼦引起的，因⽽（在N型材料中）电⼦被称为“多数载流⼦”。

如图2所⽰。

P型和N型半导体的应⽤由P型半导体或N型半导体单体构成的产品有热敏电阻器、压敏电阻器等电阻体。

由P型与N型半导体结合⽽构成的单结半导体元件，最常见的是⼆极管；此外，FET也是单结元件。

PNP或NPN以及形成双结的半导体就是晶体管。

（1）⽤于LEDLED在20世纪60年代诞⽣后就被认定是荧光灯管、灯泡等照明设备的终结者，甚⾄有⼈认为LED将会开创⼀个新的照明时代，最终出现在所有需要照明的场合。

LED的⼯作原理和我们常见的⽩炽灯、荧光灯完全不同，LED从本质上来说是⼀种半导体器件。

LED的核⼼部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶⽚，在P型半导体和N型半导体的交界⾯就会出现⼀个具有特殊导电性能的薄层，也就是常说的PN结(PN Junction Transistors)。

PN结可以对P型半导体和N型半导体中多数载流⼦的扩散运动产⽣阻⼒，当对PN结施加正向电压时，电流从LED的阳极流向阴极，⽽在PN结中少数载流⼦与多数载流⼦进⾏复合，多余的能量就会转变成光⽽释放出来。

p型半导体和n型半导体的概念1. 什么是半导体？嘿，大家好，今天我们来聊聊半导体，尤其是p型半导体和n型半导体。

你可能会想，半导体到底是什么玩意儿？其实，简单来说，半导体就是介于导体和绝缘体之间的一种材料。

就像你在沙滩上找到的贝壳，不是海水里的鱼，也不是沙子，它们有自己的特点。

半导体在电子产品中可谓是举足轻重，没有它们，我们的手机、电脑都得“哭爹喊娘”。

说到这里，咱们不妨把话题往前推，先看看这些小家伙是怎么工作的。

1.1 半导体的基本性质半导体的一个重要特性就是它们的导电性可以被调节。

就像你在调音台上调节音量一样，半导体的导电能力可以通过掺杂其他元素来改变。

这就像给你的沙拉里加点盐，味道瞬间变得不一样。

掺杂的过程就是往半导体里加入一些“外援”，从而改变它的电性。

这里面就产生了p型和n型半导体。

2. p型半导体好，接下来咱们聊聊p型半导体。

名字听起来很高大上，其实它的原理并不复杂。

p型半导体是通过掺杂一些带有“缺电子”的元素来制造的。

想象一下，这就像一个热闹的聚会，大家都在开心地跳舞，但突然有几个朋友不小心走开了，留下了空位。

这个“空位”就是我们说的“正电荷”，也就是“洞”。

这些洞实际上是电流的载体，就像聚会上的舞者们在空位之间游走，传递着热情。

2.1 p型半导体的特点p型半导体的一个特别之处就是它的“洞”会吸引电子，形成电流。

就像你在游乐园里排队玩过山车，队伍中的人越多，气氛越热烈。

p型半导体中，缺少的电子会让周围的电子更积极地参与到“舞会”中。

这使得p型半导体在电子器件中发挥着重要作用，比如二极管和晶体管。

2.2 p型半导体的应用说到应用，p型半导体可谓是“干将莫邪”，在很多地方都能看到它的身影。

比如在太阳能电池中，p型半导体与n型半导体结合，形成了一个小小的“发电厂”。

阳光一照，电流就开始源源不断地输出，简直就是“坐收渔利”。

所以，如果你有一天想在家里装个太阳能板，没准儿就是p型半导体在帮你省钱呢。

pn结的空间电荷区和耗尽区
PN结是半导体器件中常见的一个结构，由P型半导体和N型
半导体组成。

在PN结的两侧有两个不同电荷的区域，即空间
电荷区和耗尽区。

下面将分别对这两个区域进行解释。

1. 空间电荷区（Depletion Region）：当P型半导体和N型半
导体接触形成PN结时，离子会由P半导体的施主离子和N半导体的受主离子进行扩散，形成带电粒子。

这些带电粒子由于彼此之间的相互作用而形成了一个区域，这个区域称为空间电荷区（depletion region），也称为耗尽区。

在空间电荷区域内，正负离子通过内部电场形成一个电场较强的区域。

2. 耗尽区（Depletion Region）：在PN结上形成的空间电荷区
域中，缺少了自由电子和空穴。

由于缺少这些带电粒子，导致此区域的电阻非常高，电流几乎不能通过。

这个无电流通过的区域就称为耗尽区。

需要注意的是，当PN结处于正向偏置状态时，空间电荷区会
变窄或消失，耗尽区的带电粒子会消失。

而当PN结处于反向
偏置状态时，空间电荷区会变宽，耗尽区的带电粒子会增多。

n型p型半导体1. 前言半导体是一个快速发展的领域，在现代电子设备中占据着重要地位。

作为半导体材料的n型和p型半导体，在半导体领域也发挥着至关重要的作用。

本文就围绕n型和p型半导体展开介绍，包括定义、特征、应用等方面，以期对读者有一定的指导和启发。

2. 什么是n型半导体？n型半导体指的是在半导体材料中，通过在晶体中注入少量杂质（如砷、锑等），一些原本假设是半价带的材料变成了导带，从而丰富了载流子类型，在外界电场作用下形成电子导体。

因此，n型半导体中等离子体主要由电子构成，电子是主要的载流子。

3. 什么是p型半导体？p型半导体相对于n型半导体来说，需要添加另一种的杂质。

例如，在硅晶体中，添加3价的杂质元素，如铝、硼等，可以使半导体变为p 型。

此时，半导体导带上缺乏电子，而在价带上却有空穴，即大量电子被替换成空穴。

因此，p型半导体中的载流子主要是空穴。

4. n型半导体的特征4.1 导电性好n型半导体中电子为主要载流子，由于电子迁移速度快，因此具有较好的导电性。

此外，n型半导体中的导电性还可通过改变杂质浓度和导电性温度系数等参数来调节。

4.2 电子捕获作用强n型半导体会形成少量的氧化物或氧（如在硅片表面），这些氧化物或氧能捕获电荷并储存，形成电容。

这种电容在半导体器件中应用比较广泛。

n型半导体中的电子捕获作用，也是半导体材料选择电子显微镜观察的原因之一。

5. p型半导体的特征5.1 导电性低p型半导体虽然也可以导电，但其导电性相对较差。

p型半导体中的空穴迁移速度比n型半导体中的电子速度慢，导致其导电性较低。

但是，为了特殊应用，p型半导体仍被广泛应用于半导体领域。

5.2 晶体结构更稳定添加杂质元素的目的也是使半导体的导电性提高。

但是，与n型半导体不同的是，p型半导体中的杂质离子尽管可以提供空穴，在杂质与半导体相同离子取代的情况下，空穴得到放电的更加困难。

因此，p 型半导体材料的结构比n型半导体结构稳定。

pn型半导体概念pn型半导体概念简述1. pn型半导体的定义•pn型半导体是由p型半导体和n型半导体直接结合而成的半导体器件。

•其中，p型半导体富含正空穴，n型半导体富含自由电子。

2. pn结的形成•pn结是将p型半导体和n型半导体直接接触形成的结。

•在接触面上，电子从n型材料流向p型材料，形成空穴流。

•这种结构形成的电势垒能够阻止进一步的电子和空穴的扩散。

3. pn型半导体的特性•pn型半导体具有整流特性，即只允许电流在一个方向上通过。

•当外加正向电压时，电子从n型区域流向p型区域，空穴从p型区域流向n型区域，形成正向电流。

•当外加反向电压时，电子和空穴受到电势垒的阻挡，几乎无法通过形成反向击穿。

4. pn型半导体的应用•pn型半导体是很多电子器件的基石，如二极管和晶体管等。

•二极管利用pn结的整流特性，用于电路中的电流控制和信号变换。

•晶体管作为一种电子开关，利用控制电压的变化来控制电流的流动。

5. pn型半导体的进一步发展•pn结的理论研究和技术应用不断发展，例如引入pn结的光电二极管和太阳能电池等。

•新材料的开发和工艺的改进也促进了pn型半导体的进一步发展和广泛应用。

以上是对pn型半导体概念及其相关内容的简要介绍。

pn型半导体作为一种重要的半导体器件，其特性和应用在现代电子领域中扮演着重要的角色。

随着科技的不断进步，pn型半导体的应用也将不断拓展和创新。

6. pn型半导体的工作原理•当没有外加电压时，pn型半导体处于静态平衡状态。

•在p区，由于杂质原子与半导体原子的结合，形成了净正电荷；而在n区，由于杂质原子的添加，形成了净负电荷。

•这种形成的电势差导致了内建电场的形成，从而形成了pn结。

•pn结区域的电子和空穴在热平衡态下发生扩散，形成了载流子的浓度梯度。

7. pn型半导体的操作模式•正向偏置：当外加电压的正极连接到p区，负极连接到n区时，形成正向偏置。

•在正向偏置下，外加电压与内建电场方向相同，加大了电子和空穴的扩散，促进了正向电流的流动。

N型与P型半导体什么是N型半导体，什么是P型半导体？N型半导体也称为电子型半导体。

N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。

在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N 型半导体。

在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。

自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。

掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。

P型半导体也称为空穴型半导体。

P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。

在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体。

在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。

空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。

掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。

掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。

在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P型半导体。

在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。

由于P型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故P型半导体呈电中性。

空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。

n型半导体就是在单晶硅中掺入5族元素杂质，多子为电子，p型半导体是掺入3族杂质，多子为空穴。

更深入的理解是通过改变费米能级使得自由电子或空穴的占有率提升，从而改变半导体导电性能。

怎么使N型半导体变成P型半导体？什么条件下可以使N型半导体变成P型半导体？N型半导体就是导电载流子是电子，P型半导体就是导电载流子是空穴。

N型半导体中之所以是电子导电是因为其在本征半导体基础上进行了施主掺杂（例如在本征Si中掺入5价的磷元素）而P型半导体中之所以是空穴导电是因为其在本征半导体基础上进行了授主掺杂（例如在本征Si中掺入3价的硼元素）Si为4价所以假设要想把磷掺杂量为X的N 型半导体转为P型当然就是在此N型半导体中掺入大于X量的磷（当然具体掺杂量与工艺及材料有关）半导体的掺杂等工艺要在超净间中进行，掺杂是半导体工艺中的一步，主要的掺杂方法有离子注入和热扩散半导体材料中形成pn结,是不是一定要先有p型半导体跟n型半导体? P型硅中是怎么形成pn结的?求解是的。

n -型和p -型半导体半导体的电子性质是由价带和导带之间的带隙大小决定的(见第2章副篇)。

有些物质的带隙具有固定的大小, 这些物质叫本征半导体(intrinsic semiconductor), 许多半导体是所谓的非本征半导体(extrinsic semiconductor, 或外赋半导体), 其带隙的大小是通过小心地加入杂质控制的。

加入杂质的过程叫掺杂(doping)。

让我们以硅半导体为例, 对掺杂的结果做说明(图 )。

Si 是第IV 族元素, 当用第V 族元素P 掺杂时, 杂质P 原子的能级恰好处于Si 的导带的下方。

每个P 原子使用其5个价电子中的4个与相邻的4个Si 原子形成化学键, 热能就足以将那个“额外”的价电子激发至导带, 留下一个不能移动的P +正离子。

这里的P 原子叫给体原子(donor atom), 这类半导体的导电性主要依赖给体原子的电子在导带中的运动。

它们被称作n -型半导体, n 是negative 的首字母, 指载流子带负电荷。

当用第III 族元素Al 掺杂时, 杂质Al 原子的能级恰好处于Si 的价带的上方。

由于每个Al 原子只有3个价电子, 与相邻的3个Si 原子形成电子对键, 与第4个Si 原子只能形成单电子键。

然而, 此时的价带电子容易激发至受体能级的一个Al 原子, 形成一个不能移动的Al -负离子, 这里的Al 原子叫受体原子(acceptor atom)。

在这种情况下, 价带产生了一个带正电荷的空穴。

这类半导体的导电性主要依赖带正电荷的空穴的迁移, 它们被叫作p -型半导体, p 是positive 的首字母。