杂质半导体中存在两种载流子:自由电子和空穴。这两种载流子的浓度和主导类型取决于掺杂元素的价态,形成N型(电子为主)或P型(空穴为主)半导体,多子与少子的动态平衡决定了半导体的导电特性。
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自由电子:在N型半导体中,五价杂质(如磷)的额外电子易跃迁至导带,成为多数载流子。电子带负电,其迁移率通常高于空穴,例如硅中电子迁移率达1350 cm²/V·s,显著提升导电效率。
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空穴:P型半导体通过三价杂质(如硼)产生空穴,作为多数载流子。空穴等效于带正电的粒子,其迁移率较低(如硅中约480 cm²/V·s),但通过价带电子的定向移动实现导电。
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多子与少子的相互作用:N型半导体中空穴为少子,P型中电子为少子。尽管少子浓度低,但在PN结、光电效应等场景中起关键作用。温度升高时,本征激发会增大少子浓度,影响器件稳定性。
理解两种载流子的行为是设计半导体器件的基础,通过控制掺杂类型和浓度可精准调控导电性能,广泛应用于集成电路、太阳能电池等领域。