N型掺杂半导体的能带图中,费米能级靠近导带底,多数载流子为电子,形成额外的施主能级(位于禁带靠近导带的位置)。 这种掺杂通过引入五价杂质(如磷、砷)实现,显著提升半导体的导电性。
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能带结构变化
N型掺杂后,杂质原子提供的多余电子占据施主能级(距离导带底约0.01-0.05 eV),常温下电子易跃迁至导带,导带电子浓度远高于价带空穴浓度。未掺杂半导体的本征费米能级位于禁带中央,而N型掺杂使其明显上移。 -
施主能级的作用
施主能级作为“电子仓库”,在低能量条件下即可向导带释放电子。例如,硅中掺磷时,磷的5个价电子中4个参与共价键,剩余1个电子受弱束缚,形成浅能级,极小温差即可激发导电。 -
载流子分布特征
导带电子成为多数载流子,浓度随掺杂量指数增长;价带空穴为少数载流子,浓度受本征激发限制。室温下,电子浓度可达10¹⁵~10¹⁹ cm⁻³,远高于本征半导体(约10¹⁰ cm⁻³)。 -
温度的影响
低温时施主能级部分电离,中温区实现完全电离(导带电子浓度≈施主浓度),高温时本征激发主导,费米能级逐渐回归禁带中央,N型特性减弱。
N型半导体的能带图直观反映了“电子主导”的导电机制,是设计二极管、晶体管等器件的理论基础。实际应用中需注意掺杂浓度与温度对能带结构的动态影响。