N型半导体的多数载流子(多子)是自由电子,带负电。这类半导体通过掺杂五价元素(如磷、砷)形成,其导电性主要由电子主导,而空穴作为少数载流子(少子)对导电贡献较小。关键特性包括:电子浓度远高于空穴、电中性整体(正负电荷平衡)、温度稳定性强(多子受温度影响小)。
- 掺杂原理:N型半导体在本征硅或锗中掺入五价元素(如磷),杂质原子提供“多余”电子成为自由电子,形成施主能级。这种设计显著提升导电性,且自由电子浓度与掺杂量正相关。
- 多子特性:自由电子作为多子带负电,是电流的主要载体。尽管电子带负电,但半导体整体呈电中性,因固定正离子(施主离子)与自由电子电荷平衡。
- 少子与温度关系:空穴作为少子由热激发产生,浓度随温度升高而增加,但远低于多子。少子对温度敏感,影响高温下器件稳定性。
- 导电机制:外加电场下,自由电子定向移动形成电流。与P型半导体的空穴导电不同,N型半导体的导电更接近金属的电子传导,但载流子浓度可控。
N型半导体的特性使其广泛应用于二极管、晶体管等电子元件。理解其多子本质有助于优化器件设计,例如通过控制掺杂浓度调节导电性,或利用温度特性改善电路稳定性。