n型半导体的多数载流子是带负电的自由电子,其导电性能主要由掺杂的Ⅴ族元素(如磷、砷)提供的多余电子决定。这类半导体中电子浓度远高于空穴,形成以电子为主导的电流传输机制,广泛应用于现代电子器件。
n型半导体的核心特性源于掺杂过程。当硅或锗等本征半导体掺入Ⅴ族元素时,杂质原子替代晶格位置并释放一个自由电子,显著提升导带电子浓度。这些电子成为“多子”,而热激发产生的空穴则为“少子”。例如,每掺入一个磷原子,就提供一个可移动的电子,使材料导电性增强数倍。
掺杂浓度直接影响性能。杂质原子越多,自由电子浓度越高,电阻率越低。但过量掺杂可能导致载流子简并,需平衡导电性与材料稳定性。n型半导体始终保持电中性,因施主杂质提供的正电荷与自由电子的负电荷总量相等。
总结来看,理解n型半导体的多子特性是掌握半导体器件(如二极管、晶体管)工作原理的基础。实际应用中,通过调控掺杂类型和浓度,可实现从高效导电到光电转换的多样化功能。