在掺杂半导体中,多数载流子(多子)的浓度主要由掺杂浓度决定。N型半导体中多子为电子,其浓度接近施主杂质浓度;P型半导体中多子为空穴,其浓度接近受主杂质浓度。多子浓度远高于本征载流子浓度,且受温度影响较小,这是掺杂半导体的核心特性之一。
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N型半导体的多子浓度
N型半导体通过掺入五价元素(如磷、砷)引入施主能级,施主杂质电离后释放电子成为多子。在室温下,施主杂质几乎完全电离,因此电子浓度(多子)≈施主杂质浓度(Nd)。 -
P型半导体的多子浓度
P型半导体掺入三价元素(如硼、镓)形成受主能级,受主杂质电离后产生空穴作为多子。室温时空穴浓度(多子)≈受主杂质浓度(Na),且空穴迁移率通常低于电子。 -
温度对多子浓度的影响
在低温区,杂质电离不完全,多子浓度随温度升高而增加;在室温附近达到饱和(即掺杂浓度水平);高温时本征激发主导,多子浓度逐渐趋近本征载流子浓度,但实际应用中极少达到此状态。 -
掺杂浓度与电导率的关系
多子浓度直接决定半导体的电导率。N型材料中电导率σ≈n·q·μe(n为电子浓度,μe为电子迁移率),P型材料中σ≈p·q·μh(p为空穴浓度,μh为空穴迁移率)。
总结:多子浓度是掺杂半导体的关键参数,其数值由掺杂类型和剂量主导,在器件设计中需精确控制以实现特定电学性能。实际应用中需注意避免过度掺杂导致迁移率下降或杂质散射效应增强。