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硅是如何导电的?

2021-2-20 14:43:21  2771 半导体
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  本征半导体
  没有杂质的纯净的晶体才算得上本征半导体,比如硅、锗。
  本征半导体是不导电的,为什么这么说呢?
  首先我们需要了解硅原子的最外层结构,硅原子最外层有四个电子
  
  经过一系列的复杂工艺之后,含有杂质的硅被制成单晶体,这就是本征半导体。
  每两个硅原子之间都会形成一个共价键,这样每一个硅原子最外层都会达到8个电子的稳定结构。
  
  因为每一个原子最外层都有8个电子,它既不容易失去电子,也很难再去得到一个电子。
  这样的话它是很难导电的。
  也可以说硅本身是属于绝缘体这一类的。
  那么如何让硅原子展示它导体的一面呢?
  在上世纪50年代,聪明的人类以非常巧妙的方式解决了这个问题。
  N型半导体
  聪明的人类发现纯净的硅晶体是不导电的,但是给你掺杂一些其它原子,可以让你具有导电的性质。
  五价磷
  
  掺入的杂质原子是正五价的磷原子,它的最外层有五个电子。
  然后把它和硅原子掺杂在一起是这样的,可以看到下图最中间的磷原子最外层有9个电子。
  多出来的这一个电子叫做多子,它是极易容易失去的,如果掺杂了更多多磷原子,就会更容易失去更多的电子,这就有了电效应。
  现在你知道它为什么叫N型半导体了吗?
  因为它带负电,电子就是负电,而N取自于negative的首字母,negative就是负极的意思。
  
  但这不是半导体啊,因为无论从哪个方向加电,都有电流电流,而半导体是具有单向流动性的。
  我们需要的是往一个方向流动的电流,该怎么办呢?
  P型半导体
  既然能让硅最外层多出一个电子,那就用同样的方法让硅的最外层少一个电子。
  于是人们往纯净的硅原子里面掺杂了正三价硼原子。
  
  然后,我们把这个硼原子掺入到纯净的硅晶体当中,如下图所示:
  由于硼原子最外层只有7个电子,所以会留下一个空穴,在P型半导体当中,我们把空穴叫做多子。
  P型半导体的空穴是极易容易得到电子的,如果掺杂了更多多硼原子,就会更容易得到更多的电子,这对外就会吸引电子来填满它的空穴。
  现在你知道它为什么叫P型半导体了吗?
  因为它对外带正电,而P取自于positive的首字母,positive就是正极的意思。
  
  N型半导体最外层多一个电子(针对掺杂杂志原子而言)。
  P型半导体最外层少一个电子(针对掺杂杂志原子而言)。
  如果把这两种半导体结合在一块会发生什么呢?
  我想答案大家应该很清楚了,N型半导体多出来的电子会进入P型半导体的空穴,这样电流就只能由N型半导体流向P型半导体了,也就是我们所说的单向流动性。
  接下来看看聪明的人类怎么把他们整合到一块的吧。
  

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