本征半导体和杂质半导体中均存在自由电子和空穴两种载流子,但两者的浓度比例和来源机制截然不同。 本征半导体的载流子由热激发产生,电子与空穴浓度相等;而杂质半导体通过掺杂人为调控载流子浓度,形成以电子(N型)或空穴(P型)为主的导电特性。
-
载流子的本质与共性
无论是本征半导体还是杂质半导体,导电机制均依赖于自由电子和空穴的运动。自由电子是挣脱共价键束缚的价电子,带负电;空穴是共价键中电子跃迁后留下的正电荷空位,等效带正电。两者在外电场作用下形成电流,共同构成半导体的导电基础。 -
本征半导体的载流子特性
纯净的硅或锗晶体中,热激发使价电子跃迁至导带,同时产生等量的自由电子和空穴。其载流子浓度极低(如硅在室温下仅约),且对温度敏感,高温下浓度显著增加。 -
杂质半导体的载流子调控
- N型半导体:掺入五价元素(如磷)引入施主能级,提供大量自由电子,电子为多子,空穴为少子。
- P型半导体:掺入三价元素(如硼)形成受主能级,产生大量空穴,空穴为多子,电子为少子。掺杂浓度直接决定多子数量,少子仍由本征激发贡献。
-
实际应用中的协同作用
半导体器件(如二极管、晶体管)依赖PN结的载流子扩散与复合。N型区的电子与P型区的空穴在结区形成内建电场,少数载流子在反向偏压下对器件性能(如漏电流)有重要影响。
理解两种半导体中载流子的共存与差异,是掌握半导体器件工作原理的关键。 实际应用中需平衡掺杂浓度与温度稳定性,以优化器件性能。