杂质半导体中存在两种载流子:自由电子(多数载流子)和空穴(少数载流子),其类型取决于掺杂元素的性质。N型半导体以电子导电为主,P型半导体以空穴导电为主,两者共同构成半导体器件的工作基础。
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N型半导体的载流子
- 自由电子:通过掺入五价元素(如磷、砷)引入,成为多数载流子,主导导电过程。
- 空穴:由本征半导体中少量热激发产生,数量极少,作为少数载流子参与复合效应。
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P型半导体的载流子
- 空穴:通过掺入三价元素(如硼、镓)形成,作为多数载流子接受电子移动,表现为正电荷迁移。
- 自由电子:因热激发产生,数量远少于空穴,属于少数载流子,影响器件漏电流等特性。
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载流子的相互作用
- 在PN结中,多数载流子扩散形成内建电场,少数载流子参与漂移电流,平衡时实现单向导电性。
- 温度升高时,本征激发增强,少数载流子浓度显著增加,可能改变器件性能。
实际应用中需根据导电需求选择掺杂类型,N型适合高电子迁移场景(如CPU),P型常用于空穴主导的电路(如太阳能电池)。控制载流子比例是优化半导体效率的关键。