在半导体物理当中,将掺杂杂质元素的半导体材料分为p型和n型两种。其中,p型半导体主要是由硼(B)、铝(Al)等元素与硅(Si)、锗(Ge)等元素形成的固溶体。n型半导体则是使用III族(硼族)元素(如硼、铝)族元素掺杂IV族(硅族)半导体晶体(如硅、锗),或使用V族(氮、磷)元素掺杂III族(硼族)半导体晶体(如铟化镓晶体)制成。
在p型和n型半导体中,其中掺杂杂质元素会激活其电子(电子被激活后被称为自由电子)或空穴。在p型半导体中,杂质元素将形成空穴,空穴向着多个可控制的电子移动。换句话说,空穴相当于一种缺少电子的原子,可以传输正电荷。在n型半导体中,杂质元素激活了额外的电子,这些电子会向多个可控制的空穴移动。这样,n型半导体与p型半导体结合在一起,可以形成p-n结,产生许多有趣的电学现象。
p型半导体主要具有以下特点:
1. p型半导体中的载流子主要是空穴,这些空穴是杂质原子的缺电子电子状态。空穴能够在材料中移动,并传递正电荷。
2. 在p型半导体中,空穴的浓度高而电子浓度低。
3. p型半导体中的空穴相对于掺杂前的材料具有低浓度,从而导致导电性降低。
4. p型半导体常常用于制造电路元件的接触端或接触区域。
n型半导体主要具有以下特点:
1. n型半导体中的载流子主要是电子,这些电子是一些杂质原子失去一个电子后留下的自由电子。自由电子能够在材料中移动,并传递负电荷。
2. 在n型半导体中,自由电子浓度高而空穴浓度低。
3. n型半导体中的自由电子相对于掺杂前的材料具有高浓度,从而导致导电性增强。
4. n型半导体常常用于制造储存器、逻辑门等电路元件。
当p型半导体和n型半导体结合在一起时,p-n结就形成了。在p-n结的交界处,空穴和自由电子不能移动到对面区域内。因为,电子不能离开原位置,因为它不能移动到p型半导体(消失原子的空穴)。与此同时,空穴也不能移动到n型半导体,因为它不能消失电子原有的目标。
当p-n结中没有施加电压时,该结处于自然态。而当施加增加外部电压(正向偏置)时,空穴和电子互相交换,形成电流。当施加减小的外部电压(反向偏置)时,p-n结处的宽度会增大,不再形成电流。