在本征半導體中摻入微量雜質形成雜質半導體后, 其導電性能將發(fā)生顯著變化。按摻入雜質的不同,雜質半導體可分為 N 型半導體和 P 型半導體。

1. N 型半導體

如果在本征半導體硅(或鍺) 中摻入微量 5 價雜質元素,如磷、銻、砷等, 由于雜質原子的最外層有 5 個價電子,當其中的 4 個與硅原子形成共價鍵時, 就會有多余的 1 個價電子。這個電子只受自身原子核的吸引,不受共價鍵的束縛, 室溫下就能變成自由電子, 如圖 2. 2 ( a ) 所示。磷(或銻、砷)原子失去一個電子后, 成為不能移動的正離子。摻入的雜質元素越多,自由電子的濃度就越高,數量就越多。并且在這種雜質半導體中, 電子濃度遠遠大于空穴濃度。因此,電子稱為多數載流子(簡稱多子) ,空穴稱為少數載流子( 簡稱少子)。在外電場的作用下, 這種雜質半導體的電流主要是電子電流。由于電子帶負電荷, 因此這種以電子導電為主的半導體稱為 N 型半導體。

2. P 型半導體

如果在本征半導體硅(或鍺) 中摻入微量 3 價元素,如硼、鎵、銦等, 由于雜質原子的最外層有 3 個價電子,當它和周圍的硅原子形成共價鍵時, 將缺少 1 個價電子而出現(xiàn) 1 個空穴, 附近的共價鍵中的電子很容易來填補。如圖 2. 2 ( b) 所示。硼( 或鎵、銦 ) 原子獲得 1 個價電子后,成為不能移動的負離子,同時產生 1 個空穴。所以, 摻入了 3 價元素的雜質半導體,空穴是多數載流子,電子是少數載流子。在外電場的作用下, 其電流主要是空穴電流。這種以空穴導電為主的半導體稱為 P 型半導體。

綜上所述, 在本征半導體中摻入 5 價元素可以得到 N 型半導體, 摻入 3 價元素可以得到 P型半導體。在 N 型半導體中, 由于自由電子數目大大增加, 增加了與空穴復合的機會, 因此空穴數目便減少了;同樣, 在 P 型半導體中, 空穴數目大大增加, 自由電子數目較摻雜前減少了。由此可知,多數載流子的濃度取決于摻雜濃度; 而少數載流子的濃度受溫度影響很大。

本征半導體中電子和空穴的濃度相等, 而摻雜半導體中電子和空穴的濃度差異相當大。在動態(tài)平衡條件下, N 型半導體和 P 型半導體中少數載流子的濃度滿足下列關系:

pi·ni = pp·np = pn·nn

式中, pi , ni , pp , np , pn , nn 分別為本征半導體, P 型半導體和 N 型半導體中的空穴濃度和電子濃度。

應當注意的是, 摻雜后對于 P 型半導體和 N 型半導體而言, 盡管都有一種載流子是多數載流子,一種載流子是少數載流子, 但整個半導體中由于正負電荷數是相等的, 它們的作用相互抵消,因此保持電中性。