n型半导体的多数载流子(多子)浓度主要取决于掺杂浓度,因为施主杂质电离产生的自由电子是其主要导电来源。温度升高时,本征激发也会影响多子浓度,但常温下以掺杂主导。以下是关键影响因素分析:
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掺杂浓度决定基准值
每立方厘米掺入的施主原子(如磷、砷)数量直接决定可电离的自由电子数。例如,硅中掺入1×10¹⁶/cm³的磷原子,理论上可提供同数量级的电子,形成n型半导体的多子浓度基础。 -
温度的双重效应
- 低温区:施主杂质未完全电离,多子浓度随温度升高而增加;
- 中温区(常温):杂质几乎全部电离,多子浓度≈掺杂浓度;
- 高温区:本征激发产生的电子-空穴对显著增加,多子浓度可能超过掺杂水平。
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杂质电离能的影响
施主能级越浅(如磷在硅中的电离能0.044eV),越易在室温下电离;深能级杂质可能导致多子浓度低于掺杂浓度。 -
补偿掺杂的干扰
若材料中同时存在受主杂质(如硼),会与施主杂质中和,实际多子浓度=施主浓度-受主浓度。
实际应用中,通过精确控制掺杂工艺可稳定多子浓度。需注意高温或强光照可能引发本征导电,改变器件性能。