摻雜半導體

摻雜(Doping)是增加半導體導電性的一種方法。就是在本質晶體內加入一些雜質原子而改變其電特性，所以摻雜半導體又被稱為外質半導體(extrinsic semiconductor)，常見的外質半導體有p-type半導體及 n-type半導體。

將五價原子(如砷、磷、銻)加到本質矽晶體。五價原子被4個矽原子所包圍，將共有電子而形成晶體結構。由於每一個五價原子的價軌道上有五個價電子，所以會留下一個多餘的電子，此多餘電子就形成自由電子，可增加電子濃度。(圖1)

圖1 加入五價原子(磷)就會產生一個多餘的自由電子

由於摻雜的物質(五價原子)會產生過剩的自由電子給矽晶體，故稱此五價原子為施體(Donor)雜質，此摻雜的半導體就形成n-型(n-type)半導體。

每一個五價(施體)原子，會在矽晶體中產生一個自由電子，所以五價原子加的愈多，產生的自由電子也愈多，導電性也愈好。

由於電子多於電洞，所以電子為多數載子(Majority carriers)，電洞為少數載子(Minority carriers)。

將三價原子(如鋁、硼、鎵)加到本質矽晶體。三價原子被4個矽原子所包圍，由於三價原子的價軌道上只有三個價電子，但要和4個矽原子結合，因此會形成一個不完整的共價鍵，所以在價軌道上必定會產生一個電洞。(圖2)

圖2 加入三價原子(硼)就會產生一個電洞

由於摻雜的物質(三價原子)會產生多餘的電洞給矽晶體，故稱此三價原子為受體(Acceptor)雜質，此摻雜的半導體就形成p-型(p-type)半導體。

每一個三價(受體)原子，會在矽晶體中產生一個電洞，所以三價原子加的愈多，產生的電洞也愈多，導電性也愈好。

由於電洞多於電子，所以電洞為多數載子(Majority carriers)，電子為少數載子(Minority carriers)。

n型半導體(n-type Semiconductor)

被五價原子摻雜的矽晶體稱為n型半導體，在n型半導體中，自由電子數遠大於電洞數，故自由電子稱為多數載子(majority carriers)，而電洞稱為少數載子(minority carriers)。

p型半導體(p-type Semiconductor)

被三價原子摻雜的矽晶體稱為p型半導體，在p型半導體中，電洞數遠大於自由電子數，故電洞稱為多數載子(majority carriers)，而自由電子稱為少數載子(minority carriers)。

[例題3]

區分下列各項，何者為n型半導體，何者為p型半導體？ (A)摻雜受體原子的半導體 (B)摻雜五價雜質的晶體 (C)多數載子為電洞 (D)晶體加了施體原子 (E)少數載子為自由電子

Answer：

n型半導體：(B)、(D)

p型半導體：(A)、(C)、(E)

在熱平衡狀態

摻雜過程可讓我們控制自由電子濃度及電洞濃度。

在室溫下，每一個五價施體原子貢獻一個自由電子。如果，

則

在室溫下，每一個三價受體原子貢獻一個電洞。如果，

則