N型、P型半导体

N型、P型半导体与N+型、P-型半导体

就材料的导电性而言，大致可以分为绝缘体、半导体、导体三大类（图1.5），无论哪种材料，都有一定的电阻，另外还有一类没有
电阻的“超导体”，只是目前在常温条件下还没有实用化。这三类材料之间并无绝对的界限，一定条件下是可以转化的。

材料的导电性是由材料中的自由电子(Extra electron)的数量决定的。从能量的角度来看，自由电子的能量比较高，因此往外力的作用下（电场等）可以自由移动，如果将它们集中起来，就是导带(Conduction Band)，剩下的部分就是价带( Valence Band)，参见图1.6。价带的电子如果获得足够的能量，也能够变成导带的自由电子。从价带到导带之间的（能量）差（距离）称为能隙。

导体（一般为金属材料）的能隙非常小，在室温下，只需很小的能量价带的电子就能够很容易跳跃至导带而导电；绝缘体的静隙比较大（通常大于9。V），电子很难跳跃至导带，所以不导电；半导体的能隙约为1- 3eV，介于导体和绝缘体之间，只要给予适当的能量或者改变能隙的大小，就能够导电。

在半导体小加入合适的“杂质”就可以改变和控制它的能隙大小。如果在纯Si（硅）中掺杂(l)oping)少量的As（砷）或P（磷），二者的最外层有五个电子，而Si外层只有4个电子，因此就会多出——个自由电子，这样就形成了“N”型半导体，如图1.7所示；如果在纯Si巾掺人少量的B(硼)，硼的最外层只有三个电子，这样就少了一个电子，形成了一个空穴( Hole)，形成了“P”型半导体。

半导体中的自由电子和空穴通称为载流子(Carrier)。需要说明的是，没有掺杂的普通半导体巾也是有自由电子和空穴的，只是数量相对比较少而已，因此这些原本就有的自由电子和空穴统称为“少子”（少数载流子）；因为掺杂而形成的自由电子和空穴的数晕相对比较多，因此通称为“多子”（多数载流子）。

掺杂造成半导体材料中局部自由电子或者空穴增加的过程称为“离子化”。前者称为“负离子化”，后者称为“正离子化”。仅采用掺杂丁艺形成的半导体材料，N型半导体因为自由电子数量偏多而对外显现负极性，有时候也标识为“N-”，相应的，P型半导体也标为“P+”。采用非掺杂工艺，如高能离子辐照、激光照射等方法可以让价带的电子获得足够高的能量而成为自由电子，也可以让自由电子失去足够多的能量而降低为价带的非自由电子，这种方法称为“激发”，采用激发的方法使N型半导体中的空穴增多，使之对外显示正极性，就成为“N+”半导体；使P型半导体中的自由电子增多，使之对外显示负极性，就成为“P”半导体。

自由电子导电的方式与导线线巾电流的流动类似，在电场作用下，负离子化(Ionization)程度高的原子将多余的电子向着离子化程度比较低的方向传递；空穴导电则是正离子化的材料中，原子核外由于电子缺失形成的窄穴在电场作用下，空穴被少子（白由电子）补入而造成空穴“移动”所形成的电流（一般称为正电流）