在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。

1.N型半导体

在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体，也称电子型半导体。因五价杂质原子中只有4个价电子能与周围4个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导体中，自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；另外，硅晶体由于热激发会产生少量的电子空穴对，所以空穴是少数载流子。在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有5个价电子，其中4个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，其被称为施主原子。N型硅的电子流如图2.8所示。

图2.8　N型硅的电子流

2.N型半导体结构

提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。N型半导体的结构示意图如图2.9所示。所以，N型导体中的导电离子有两种：自由电子——多数载流子（由两部分组成）；空穴——少数载流子。

图2.9　N型半导体的结构示意图

3.P型半导体

在本征半导体中掺入三价杂质元素（如硼、镓、铟等）形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。当相邻共价键上的电子因受激发获得能量时，就可能填补这个空穴，而产生新的空穴。空穴是其主要载流子。在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有3个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。(www.daowen.com)

4.P型半导体结构

在P型半导体中，硼原子很容易由于俘获一个电子而成为一个带单位负电荷的负离子，三价杂质因而也称为受主杂质。而硅原子的共价键由于失去一个电子而形成空穴，所以P型半导体的结构示意图如图2.10所示。P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。P型半导体中空穴是多子，电子是少子。

图2.10　P型半导体的结构示意图

5.杂质对半导体导电性的影响

掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下：

（1）T＝300 K室温下，本征硅的电子和空穴浓度：n＝p＝1.4×1010个/cm3。

（2）本征硅的原子浓度：4.96×1022个/cm3。

（3）掺杂后N型半导体中的自由电子浓度：n＝5×1016个/cm3。以上三个浓度基本上依次相差1 000 000个/cm3。

任务一学习成果评价

以团队小组为单位完成任务，以学生个人为单位实行考核。