半导体费米能级的3.5.3p型特性

p型半导体也称空穴型半导体，即价带空穴浓度远大于导带电子浓度的杂质半导体。如在硅或锗晶体中掺入少量硼（B）或铟（In）。图3.13a所示为Si中掺B形成p型半导体的示意图，图3.13b所示为p型半导体中空穴的激发示意图。

图3.13 Si中掺B形成p型半导体的示意图与p型半导体中空穴的激发示意图

本征Si半导体经过掺杂，最外层只有3个价电子的B原子取代了晶格中部分Si原子的位置，在具有4个共价键的Si晶体中，会缺少一个电子。B原子容易得到1个相邻共价键的价电子，成为负离子。失去电子的相邻共价键继续从别的共价键得到价电子，在价带中产生了1个运动的空穴。B原子由于向本征半导体提供空穴，因此被称为受主杂质。掺杂浓度越高，则空穴数目越大，材料导电性能越好。因此，p型半导体的电子为少子，空穴为多子。但是，在p型半导体中，受主离子与少量电子的负电荷严格平衡空穴电荷。因此，单独的p型半导体也是电中性的。

从能带的角度来看，受主杂质形成的能级称为受主能级（E_a，eV），受主能级E_a位于带隙内，接近价带顶E_v。T=0K时，所有的价电子仍然位于价带内，没有进入受主能级E_a，所以p型半导体的电子费米能级（E^p_F，eV）位于价带顶E_v和受主能级E_a之间。

受主能级和价带顶能级之差即为受主电离能（E_h，eV），受主电离能一般只有几meV到几十meV。同n型半导体一样，室温下，受主杂质浓度N_a（cm^-3）一般比本征载流子浓度n_i大很多，即N_a＞＞n_i，p型半导体的导电能力几乎都是依靠受主杂质掺杂浓度决定^[11，15]。

此外，由式（3.36）和式（3.43）得到(www.xing528.com)

故p型半导体的空穴费米能级为

对于p型半导体，费米能级位于禁带中线以下，N_a越大，费米能级位置越接近价带顶。

若半导体材料处于准热平衡状态，则载流子浓度发生变化，费米能级亦发生变化，因此可进一步将式（3.54）修改为

式中E^p_F为空穴的准费米能级。因此，不管半导体材料是否处于热平衡状态，式（3.50）和式（3.56）为计算载流子浓度的通用公式。由式（3.50）和式（3.56）可见，如果半导体材料和温度T都确定了，载流子浓度n、p只与费米能级E_F有关。