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N型半导体为什么“导带中有较多的电子(多数载流子)”，重点在导带上？ 已有3人参与
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http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=10484829&target=1 我在自学半导体知识，看见书上说，N型半导体的“导带中有较多的电子(多数载流子)” ，P型半导体的“价带中有较多的自由穴(多数载流子)”。 我知道N型半导体的电子数>空穴数，P型半导体的空穴数>电子数， 我的疑问是 为什么 书上要强调N型半导体的”导带“有较多的电子多子？本菜鸟初步理解是 N型半导体有较多的电子，这些较多的电子是均匀分布在各能带中的（导带，禁带，价带）。 同理，为什么书上要强调P型半导体的“价带"有较多的自由空穴多子？ |
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【答案】应助回帖
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ielts_toefl: 金币+5, ★★★★★最佳答案, 你说的太形象了，而且你这份认真态度，很让我感动。 2016-07-17 17:39:50
ielts_toefl: 金币+5, ★★★★★最佳答案, 你说的太形象了，而且你这份认真态度，很让我感动。 2016-07-17 17:39:50
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咱们以最常见的Si为例，一个si原子周围提供4个电子参与共有化运动，如果是本征激发（即不是通过杂质电离产生空穴电子对），那么当外界给与的激发能量达到一定程度后（比如温度高到一定程度），这四个电子就会有一部分电子（数量上服从费米统计分布）获得更高的能量，也就是处于导带。那么，以一种好理解的方式去简单的描述，4个电子有一个去了导带，留下一个空位，这个空位就很容易被临近的原子周围那些没有被激发的电子再重新占据，这就行程了电子在不同原子周围来回跑，然后形象的看做是空位来回跑，这个就是空穴。那我再解释一下杂质电离那个局域化的位置虽然行程了正电荷但为什么不叫空穴。这回以n型si为例，行程型si可以通过p元素（磷）掺杂实现，我们知道，p本身外层有5个电子，如果有一个p原子占据了si原子的位置（通过掺杂工艺来实现），那p原子有4个电子的作用和原来的那个si原子是一样的，但多出来一个电子没法与周围的其它原子的外层电子行程共价键（可以参考高中化学的理解），那这个没成键的电子就相对来说更容易“脱离组织”，在半导体体材料中，你可以这样理解，被束缚住的电子具有较低的能量，而解脱这个束缚需要外界提供能量，被束缚的越松，相当于电子具备越高的能量，越接近自由电子。那么，掺进去的那个p原子的第五个电子的能量就比较高，在能带图中，它的位置也就比较靠上，位于禁带中比较靠近导带的位置（而不是像si原有的那些电子老老实实的待在价带中），它属于那种给点阳光就灿烂的，稍微给点外界激励能量，那第五个原子能量就更高了，就变成了处于导带的状态了。那它激发后留下的那个空位，可不是谁都能坐的，空着带正电荷不假，但你得有人家电离之前那么高的能量才能进到人家那个空位上去，而掺杂进去的p原子一般离得都很远，比如，掺杂浓度是e19，是指没立方厘米有10的19次幂个p原子，而每立方厘米有多少个si原子呢，大概是e22量级的，也就是说单位体积上si原子的数量大概是p原子的1000倍，那么单位长度上si原子的数量就是p原子的10倍，也就是一条线上平均每看到10个si原子才能看到一个p原子，这就是我之前说的，掺杂进去的原子是孤独的。那p原子周围的si原子外层电子的能量不足以占据那“第五个空位”，而“够资格”的其它p原子又离得太远，所以那个空位如果一旦行程，就不太容易被再次填充，而它放走的孩子就野了，在导带上随便跑，这就形成了一种现象，n型半导体导带上的电子特别多，但由于很多是由杂质电离行程的，那些电离后的空位比较孤僻，不参与共有化运动，对导电没什么贡献，也就不算空穴。但它确实是正电荷，也就是说一个萝卜一个坑，总数上肯定是没错的。而导带上的电子无论是怎么跑上去的，它们运动起来都没区别，无论是从价带上去的（本征电离，亲妈生的）还是杂质能级上去的（杂质p原子电离，后妈生的），上去后都一样。艾玛，好累 发自小木虫IOS客户端 |
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ielts_toefl13楼2016-07-16 23:06:15
伽鲁特
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通过我先前的叙述，你应该能明白p对于si材料是杂质吧，那么它多出来的那个电子对应的就应当是杂质能级。我来解释一下什么是杂质能级，它就是杂质原子中的电子在“未脱离束缚”之前所对应的能量，脱离束缚了，就相当于电子和原子核分开了，也就是所谓的电离。那么我再假设一种极端的情况，也就是绝对零度。你自己来想想所有的电子都处于什么能量状态呢？si的自不必说，都在价带老老实实冻着呢。那么我们单说这个掺杂进来的p原子的第五个原子，人家是富二代，它在绝对零度时，能量就比其它电子高，也就是在禁带之中，一个很靠近导带的孤立能级（非能带）中。但此时，由于是绝对零度，电子全部都停留在自己原有的位置上，但如果此时温度开始升高，那就开始有电子骚动起来，吸收了由于温度升高而提供的能量，电子就变成导带的状态了。如果这时p原子周围的电子获得了能量，那它就跑了，就是电离了。随着温度越高，骚动的电子越来越多，到最后可能就都跑到导带上去了。掺杂工艺完成后，半导体从机器里拿出来时，可能杂质已经在外界环境的温度下完全电离，但其在绝对零度时没电离时对应的那个能量却永远都不变，正所谓，你电离或不电离，能级就在那里，不离不弃（能级只是一种状态，与是否有电子占据没关） 发自小木虫IOS客户端 |
16楼2016-07-17 21:50:52
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我来回答一下，首先你要清楚一个概念，就是半导体体材料中带正电的电荷和带负电的电荷是相等的，但这里所说的带正电的电荷和带负电的电荷却不一定是电子和空穴。电子和空穴是能参与晶体中电子共有化运动的电荷，但对于非故意掺杂的半导体，（以n型为例），绝大部分的电子是由施主型掺杂元素的原子提供的，而这样的原子并不是遍布在晶体中，它们是格很远才有一个，所以施主杂质电离后，产生了一个可以自由移动的电子（此电子参与共有化运动，能量高，在能带图标中对应导带那么高的能量，所以在导带中），而电离后的施主杂质虽然带正电，但它却不是空穴，因为它的周围没有与其性质相同的正电荷，换句话说它是孤独的，也就不参与共有化运动，这个带正电的电荷也就停留在其原有的位置上。空穴和与其对应的受主型杂质也是类似的道理，价带电子得到能量，跑到能量更高的地方运动，然后被受主型杂质俘获，所以那个电子也不能动了，但价带却产生了大量的空穴，这些空穴的性质相同，均可参与共有化运动，可自由移动 发自小木虫IOS客户端 |
8楼2016-07-15 21:35:16
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17楼2016-07-17 22:18:59
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层主，你说的那篇文章，我简单看了一下。光催化的问题我不懂，但我猜想你这里的跟高中学的电解池有点像，文章中说的大概意思就是原来的那个go材料分两步处理，第一步用氨气，目的是引入N元素，占据C的格点，形成n型掺杂，这与我们先前讨论的原理是一致的，而第二部它又弄个氧化处理，这一步我觉得是引入了间隙氧原子，它起受主作用，能形成空穴。临近的两个量子点，一个是替位杂质形成的n型量子点，一个是间隙杂质形成的p型量子点，小部分区域就形成了pn结，由于是在水里泡着，就形成了回路，外界有光照射的时候，激发sp2杂化区域（可以理解为pn结的空间电荷区）产生过剩载流子，正电荷给氧，负电荷给氢，两者变成气体跑了。这个过程有点像太阳能电池，只不过它将太阳能转化的电能还没来得及传到外面被人利用，就先行转化成了化学能储存起来（等氢氧一反应就可以释放这部分化学能）。我的分析是根据文中的几句话，贴上来大家一起讨论讨论，说的不对的还请见谅    发自小木虫IOS客户端 |
22楼2016-07-18 13:34:45
回①如糖
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根据电中性原理，不管是哪一类材料电子数和空穴数肯定都是相等的。只不过在N型半导体中，电子空穴对分离后，空穴固定在原子附近，而电子由于可以自由移动跃迁到导带中成为载流子；对于P型半导体，电子空穴对分离后，该电子与相邻原子的单电子形成了电子对，电子被固定，空穴以传递的方式不断移动，所以空穴在价带导电。 以上是我个人的理解，如有不妥，请赐教。 发自小木虫Android客户端 |
2楼2016-07-14 11:44:58
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，可是你的观点之中又引入了一个新的概念
。请问 你说的”固定“是什么含义？
3楼2016-07-14 13:25:56
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4楼2016-07-14 14:01:37
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5楼2016-07-14 15:15:25
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6楼2016-07-15 01:13:13
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7楼2016-07-15 09:00:45
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10楼2016-07-16 08:44:26
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