現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,,帶動了半導(dǎo)體事業(yè)的不斷革新,。我們熟悉的半導(dǎo)體材料,,常用的是P,、N類型的,,硅(SI)中摻雜元素硼(B),,因?yàn)锽三價,,相對于SI的4價來說,,缺少一顆電子,,把這個缺失的部分叫做空穴,,這類摻雜B的叫P型材料,。對應(yīng)的,摻雜了元素磷(P),,因?yàn)榱?價,,相對于Si的4價來說,多出一顆電子,,這顆電子孤零零的多出來,,成為了自由電子,這類摻雜P的叫N型材料,。
N型材料因?yàn)橛歇?dú)立的自由電子,,所以很容易導(dǎo)電,這個大家很容易理解,,但是所有的書告訴我們P型材料內(nèi)的空穴也能導(dǎo)電,,這個我們很難理解,其中的一個解釋是空穴的導(dǎo)電本質(zhì)是電子的跳動,,但是看上去是空穴在導(dǎo)電,,所以叫空穴導(dǎo)電。但是這個解釋,,還是給我們的答案是電子導(dǎo)電,,只是相比沒有答案更容易接受一些罷了。那么空穴到底如何導(dǎo)電的?
這段時間我都在看半導(dǎo)體方面的書,,什么導(dǎo)帶,、價帶、禁帶,,概念很多,,忍著頭皮耐心的看下去,終于把長期困擾在心中的空穴導(dǎo)電概念理解了一番,,但不敢說就是對的,,先把自己理解的一點(diǎn)給大家分享一下,先看下圖的一些基本概念:
如上圖,,材料中的電子根據(jù)能量大小分為三個部分,,因?yàn)檫@個部分是一個區(qū)域,所以用“帶”表示,,類似頻率的頻帶概念一樣,。比較常見的分為價帶、導(dǎo)帶和禁帶三級,,能量最低的是價帶,,當(dāng)價帶中的電子獲得能量,就會越過禁帶跳到導(dǎo)帶中去,。注意,,禁帶是不允許電子存在的,這個是量子理論決定的,,也就是電子的能級,,只能在有限的幾個能級分布,而不是連續(xù)的,。
金屬導(dǎo)體最外層的電子很活潑,,為自由電子,常溫下獲得能量跳到了導(dǎo)帶中,,所以會導(dǎo)電,。絕緣體沒有自由電子,所以在導(dǎo)帶中沒有電子,,所以無法導(dǎo)電,。對于半導(dǎo)體來說,摻雜5價磷的N型材料,,因?yàn)槎喑鲆粋€電子,,這個電子成為自由電子進(jìn)入導(dǎo)帶,所以就可以導(dǎo)電,,這個很好理解,,那么空穴型的呢?空穴型的在導(dǎo)帶中沒有自由電子,所以不存在導(dǎo)帶中的導(dǎo)電特性,。這是特別注意的,。
既然空穴型材料沒有導(dǎo)帶中的自由電子導(dǎo)電,那么空穴如何導(dǎo)電呢,,所以肯定不是導(dǎo)帶導(dǎo)電,,但是空穴的本質(zhì)還是電子導(dǎo)電,只是這個電子不是來自于導(dǎo)帶中的電子,,而是來自于價帶中的電子,,這是問題的核心。
P型材料中有大量的低能量的空穴,,而空穴周邊有更多的價帶電子,,若這些電子只要獲得少量的能量,這個能量達(dá)到價帶的頂端,、禁帶的低端,,它就可能跳到周邊的空穴中,而不需要跳到導(dǎo)帶中去(它也跳不過去),,當(dāng)外電場加入時,,這個空穴就開始移動,所以成為空穴導(dǎo)電,。理解了這些我們就明白了,,P型材料是價帶中電子導(dǎo)電,,等效于空穴導(dǎo)電,N型材料是導(dǎo)帶中電子導(dǎo)電,,也就是電子導(dǎo)電,。以上就是半導(dǎo)體空穴導(dǎo)電的一些工作原理,需要工程師深入了解,,才能少走彎路,。