N型半导体和P型半导体的区别

在本征半导体中，人为地掺入少量三价元素（如硼、铝等）或五价元素（如磷、砷等），可以使半导体的导电性能发生显著的变化。掺入的元素称为杂质，因掺入杂质性质的不同，杂质半导体可分为N型半导体（电子型半导体）和P型半导体（空穴型半导体）两大类。

图2-2 N型半导体的共价键结构

1.N型半导体

本征半导体中掺入少量的五价元素，使每一个五价元素的原子取代一个半导体基体原子在晶体中的位置，可以形成N型半导体。常用掺杂的五价元素有磷、砷和钨。一个磷原子取代一个硅原子后晶体的共价键结构如图2-2所示。因为磷原子有五个价电子，它以四个价电子与相邻的硅原子组成共价键后，必定还多余一个价电子。这个多余的价电子只要较小的能量就能挣脱磷原子核的吸引而成为自由电子。

磷原子因失去电子而成为正离子，但在产生自由电子的同时并不产生新的空穴，这是不同于本征半导体的。除了杂质给出的自由电子外，原晶体本身也会产生少量的电子-空穴对，但自由电子数远大于空穴数。在N型半导体中以自由电子导电为主，自由电子称为多数载流子（简称多子），而空穴称为少数载流子（简称少子）。

2.P型半导体(www.xing528.com)

本征半导体中掺入少量的三价元素，使每一个三价元素的原子取代一个半导体基体原子在晶体中的位置，可以形成P型半导体。常用掺杂的三价元素有硼、铝和铟。图2-3为一个硼原子取代一个硅原子后晶体的共价键结构示意图。因硼原子只有三个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便产生了一个空位，当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发条件下获得能量时，就有可能填补这个空位，使硼原子成为不能移动的负离子，原来硅原子的共价键则因缺少一个电子而形成了空穴。

图2-3 P型半导体的共价键结构

产生空穴的同时并不产生新的自由电子，这一点也是和本征半导体不同的，原来的硅晶体本身仍会产生少量的电子-空穴对。在P型半导体中，空穴数远大于自由电子数，以空穴导电为主，空穴称为多数载流子，而自由电子称为少数载流子。

由此可见，在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。掺入百万分之一的杂质，载流子浓度将增加一百万倍。因此，在半导体内掺入微量的杂质，是提高半导体导电能力最有效的方法。