在本视频教程中,我们将讨论半导体材料以及它们如何成为有用的电子元件——即通过半导体掺杂。
“半导体”这个词已经与复杂的电子技术相关联,在二十世纪下半叶迅速改变人类生活。然而,在自己的情况下,半导体是相当不起眼的:它只是一种具有平庸电导率的材料 - 即,它的导电不如导体,而是比绝缘体更少。
热能导致价电子从半导体的晶格结构中断,从而成为“自由”电子。这些移动电子是负在外加电场作用下可以移动的电荷孔剩下的自由电子起着移动的作用积极的收费。电子和孔都参与半导体电流,并且半导体的电特性受到材料中存在的自由电子数量的影响。
普通的未经修饰的半导体不能提供很多有用的电子功能。将半导体转变为技术革命手段的第一步被称为兴奋剂。
我们可以通过向晶格结构中注入其他材料来控制半导体中载流子的数量。更具体地说,我们注入的物质有不同数量的价电子。
假设我们的半导体是硅(Si),它是第IV族元素,因此有4个价电子。如上图所示,硅原子通过共价键结合成规则的晶格结构。像磷(P)这样的V族元素有5个价电子,如果我们把磷注入硅中,每个注入的原子都会把一个自由电子引入半导体晶格:
在这种情况下,磷的作用是a掺杂剂硅就变成了n型半导体:它通过掺杂接收了额外的自由电子,并且当施加电场时,电流流程将主要归因于具有负电荷的电子。因此,在n型半导体中,电子是多数载体和洞是少数民族航空公司。
另一方面,如果我们掺入第三族元素,如硼(B),每个掺杂原子将引入一个额外的空穴。这把硅变成了ap型半导体例如空穴比自由电子多,电流的流动主要是由于正电荷的移动。因此,在p型半导体中,空穴是大多数载流子,电子是少数载流子。
注入元素并不是掺杂过程中唯一的变量。我们也可以控制掺杂剂的浓度,这反过来影响半导体的电行为。当半导体含有浓度相对较高的掺杂原子时,我们称之为heav掺杂。如果它含有相对较低浓度的掺杂剂原子,它就是轻掺杂。例如,将在以后的教程中讨论的场效应晶体管,在源极和漏极区使用高度掺杂的硅。
如果目标是创建有用的电子元件,则掺杂物质本身并不比原始半导体更好。然而,当我们将与p型半导体相邻的n型半导体放置时,一切都改变。这种称为PN结的结构是下一个教程的主题。