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P型硅与N型硅的区别

2014年09月05日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1015字 ⁄ 字号 评论关闭

前段时间面试一家芯片公司时,被问到了这个问题,一并整理出来,免得自己又忘记了,在面试的过程中,只要能画出价电子的图,说个大概,应该就可以了。

导电率在10*e-7 ~ 10*e3 之间的材料都称为半导体,有一些半导体是纯元素,如硅,锗,这构成了半导体的基础。OK,先来张图,看看硅的电子分布。


纯净的硅更像是绝缘体,而不是导体,当它被施加外部作用时(比如外加电压),没有能力改变其导电状态。所以必须往硅里面掺杂其它的元素,现在最重要的两个元素是----硼B和磷P。
当硅片被掺入硼或磷时,它的导电性就显著的改变了。通常情况下,一个纯硅片中是没有自由电子的,它所有的四个价电子都被锁住在与相邻硅原子的共价键中(如下图),由于没有自由电子,外加电压几乎无法导致电子流过硅片。
把磷加入到硅晶片中后,情况将发生改变。与硅不同,磷有五个价电子,而不是四个。其中,四个价电子和相邻的硅原子的四个价电子形成共价键。但第五个价电子没有电子结合,将飘浮在原子周围。如果一个电压施加到硅-磷混合物,这个未被束缚电子将穿过掺杂的硅片向电压的正极移动,向混合特中掺杂的磷越多,产生的电流越大。掺入磷杂质的硅称为“N型硅”,或“负电荷载流子型硅”。
一个磷原子加入到硅晶片中提供了一个未被束缚的电子,增加了电导率。加入了磷元素的硅称为N型硅。

如果往一片纯硅中,加入硼,则是另外一种情况,因为硼只有三个价电子,当它和硅混合在一起的时候,所有的三个价电子将和相邻的硅原子结合。这时,在一个硼原子和硅原子形成的共价键中,就会形成一个“空穴”。如果施加电压,相邻的一个电子过来填充这个空位,这个“空穴”便会朝向电压负极移动。这些空穴被称为正电荷载流子,尽管它们本质上不含有实际的电荷。然而,由于硅原子接受了空穴,原子核中的质子与外部轨道中的电子之间存在着电荷不平衡,所以看起来好像是每个空穴都有一个正电荷。含有一个空穴的特殊硅原子的净电荷呈正极性,其电荷量等于一个质子的电荷量(或一个电子电荷量的负值)。被掺入硼的硅被称为“P型硅”或“正电荷载流子型硅”。
当硼原子加入到硅晶片中,形成了一个空穴。这个空穴就像一个正电荷,它增加了电导率。加入了硼元素的硅称为P型硅。

基本上,面试的时候,如果被问到这个问题,能把这两个图画出来,基本上就没什么问题了,图画出来了,基本上,就很清楚理解了这两种半导体的构成方式,至于一些特性,基本上不属于面试的时候要考的,要考的应该是对这两个的理解吧。

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