在本征半导体中掺入三价元素(如硼、铝等)会形成P型半导体,其核心机制是引入空穴作为多数载流子,显著提升导电能力。 三价元素因价电子比硅少一个,与周围硅原子形成共价键时会产生空位,这些空位极易俘获电子形成空穴,从而主导导电过程。掺杂浓度即使仅为百万分之一,也能使空穴浓度增加百万倍,而自由电子则成为少数载流子。
三价元素被称为“受主杂质”,因其原子在晶格中接受电子后带负电,但固定于晶格中不参与导电。P型半导体的空穴浓度主要由掺杂决定,而自由电子仍由热激发产生,两者浓度差异巨大。例如,室温下硅的本征载流子浓度仅为,而掺入百万分之一的三价元素后,空穴浓度可达。这种可控的掺杂特性是制造二极管、晶体管等器件的物理基础。
实际应用中需注意两点:一是掺杂必须微量且均匀,避免破坏半导体晶体结构;二是温度对少子浓度影响显著,高温可能导致器件性能不稳定。通过精确控制三价元素的掺杂比例,可定制半导体的电学特性,满足不同电子元件的需求。理解这一原理,是掌握现代半导体技术的关键一步。