在掺杂半导体中,少数载流子(少子)的浓度主要由温度和掺杂浓度共同决定。温度升高时,本征激发增强,少子浓度指数式增长;掺杂浓度越高,多子与少子复合几率增大,少子浓度显著降低。热平衡条件下,少子与多子浓度始终满足关系,确保半导体电中性。
- 温度的核心影响:少子浓度随温度升高呈指数上升,因本征激发产生的电子-空穴对增多。例如,硅在室温下,但高温时可远超掺杂浓度,使半导体趋近本征状态。
- 掺杂浓度的反向作用:N型半导体中,施主杂质(如磷)提供大量自由电子(多子),空穴(少子)因复合加剧而减少。同理,P型半导体的少子(电子)浓度随受主掺杂(如硼)增加而下降。
- 复合中心的调控:深能级杂质(如金、铂)或晶体缺陷会缩短少子寿命,进一步抑制少子浓度。电子辐照等工艺也可通过引入复合中心实现精准调控。
- 器件性能关联:少子浓度直接影响双极型晶体管(BJT)的电流放大系数和光电器件的光生电流。高掺杂虽降低少子浓度,但可能牺牲器件响应速度或效率。
理解少子浓度的调控机制,对优化半导体器件设计至关重要。实际应用中需平衡温度稳定性与掺杂水平,以满足特定场景的性能需求。