在杂质半导体中,多数载流子(多子)的数量主要由掺杂浓度决定,与温度几乎无关。N型半导体的多子是自由电子,P型半导体的多子是空穴,两者浓度通常比少子高多个数量级,例如典型硅二极管中多子浓度可达,而少子仅。掺杂浓度越高,多子数量越多,导电性越强。
-
N型半导体多子特性:掺入五价元素(如磷)后,每个杂质原子提供一个自由电子,多子浓度近似等于施主杂质浓度。自由电子作为主导载流子,其数量远超标称激发产生的空穴(少子),形成“电子型”导电。
-
P型半导体多子特性:掺入三价元素(如硼)时,每个杂质原子产生一个空穴,多子浓度等于受主杂质浓度。空穴成为主要载流子,自由电子(少子)浓度极低,导电以空穴迁移为主。
-
多子与导电性能的关系:多子浓度直接决定半导体的电阻率。例如,N型半导体掺杂后电阻率可降至约,且多子浓度越高,导电能力越强。这一特性被广泛应用于可控导电器件设计。
-
电中性原则:尽管多子数量巨大,杂质半导体整体仍保持电中性。N型半导体中自由电子的负电荷被施主离子的正电荷抵消;P型半导体中空穴的正电荷与受主离子的负电荷平衡。
总结:杂质半导体的多子数量是可控导电的核心参数,通过精确调控掺杂浓度即可实现特定导电需求。这一原理为现代电子器件(如二极管、晶体管)奠定了物理基础。