半导体中的掺杂

纯硅或纯锗很少用作半导体。实际可用的半导体必须控制其添加的杂质数量。添加杂质会改变导体能力，起到半导体的作用。向本征或纯材料中添加杂质的过程称为掺杂，该杂质称为掺杂剂。掺杂后，本征材料变成外来材料。实际上只有在掺杂后这些材料才变得可用。

当向硅或锗中添加杂质而不改变晶体结构时，就会产生N型材料。在某些Atomics中，电子的价带中有五个电子，例如砷 (As) 和锑 (Sb)。硅中掺杂任何一种杂质都不得改变晶体结构或键合工艺。杂质Atomics的多余电子不参与共价键合。这些电子被它们的起源Atomics松散地结合在一起。下图显示了添加杂质Atomics后硅晶体的变化。

掺杂对N型材料的影响

掺杂对 N 型材料的影响如下 -

在纯硅中添加砷后，晶体变成 N 型材料。
砷Atomics具有不参与共价键合过程的附加电子或负电荷。
这些杂质向晶体放弃或捐赠一个电子，它们被称为施主杂质。
N型材料比本征材料具有额外的或自由的电子。
N型材料不带负电。实际上它的所有Atomics都是电中性的。
这些额外的电子不参与共价键合过程。它们可以在晶体结构中自由移动。
只需施加 0.005eV 的能量，N 型外在硅晶体就会开始导电。
只需 0.7eV 即可将本征晶体的电子从价带移动到导带。

通常，电子被认为是此类晶体中的多数载流子，而空穴是少数载流子。添加到硅中的施主材料的数量决定了其结构中多数载流子的数量。

N型硅中的电子数量比本征硅的电子空穴对多很多倍。在室温下，这种材料的电导率存在明显差异。有丰富的载流子参与电流流动。电流的流动主要是通过此类材料中的电子来实现的。因此，外来材料成为良好的电导体。

掺杂对P型材料的影响

掺杂对 P 型材料的影响如下 -

当将铟 (In) 或镓 (Ga) 添加到纯硅中时，会形成 P 型材料。
这种类型的掺杂剂材料具有三个价电子。他们急切地寻找第四个电子。
在P型材料中，每个空穴都可以被一个电子填充。为了填充该空穴区域，来自相邻共价键基团的电子需要非常少的能量。
硅通常掺杂有1至106范围内的掺杂材料。这意味着P材料将比纯硅的电子空穴对具有更多的空穴。
在室温下，这种材料的电导率存在非常确定的特征差异。

下图显示了当掺杂受主元素（在本例中为铟）时，硅的晶体结构如何改变。一块P材料不带正电。它的Atomics基本上都是电中性的。

然而，许多Atomics团的共价结构中都存在空穴。当电子移入并填充空穴时，空穴就会变成空穴。在电子离开的键合基团中会产生一个新的空穴。空穴运动实际上是电子运动的结果。P 型材料只需施加 0.05 eV 的能量即可传导。

上图显示了 P 型晶体连接到电压源时的响应方式。请注意，空穴的数量多于电子的数量。施加电压后，电子被吸引到电池正极。

从某种意义上说，孔向电池负极端子移动。此时，一个电子被拾取。电子立即填充空穴。然后这个洞就变成空的了。同时，电池正极端子从材料中拉出电子。因此，由于电子在不同键合基团之间移动，空穴向负极移动。施加能量后，孔流是连续的。