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新虫 (正式写手)

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[交流] p 和 n 型半导体的困惑已有2人参与

大家好，我有一个疑问。纯晶体硅不掺杂任何三价或者五价的元素，电子和空穴浓度相等，这个我可以理解；
可是，为什么加入五价的As（砷）后，电子就比空穴多了呢？一般课本的解释是说As外层五个电子，四个电子与Si作用后，剩下的一个可以作为自由电子导电，于是导电电子浓度就大于空穴浓度，于是我的疑问来了，As在提供一个自由电子的同时，不也产生了一个相应的空穴嘛？或者从整体来看，电荷应该守恒，为0才对。为什么自由电子就比空穴多了呢……

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1楼 2013-05-18 10:47:00

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回帖置顶 ( 共有1个 )

jiagle

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sddtc888: 金币+1, 谢谢参与！ 2013-05-18 21:50:47
sddtc888: 回帖置顶 2013-05-18 21:50:49

以硅掺杂为例帮你解释吧：
Si的价电子结构是3s2 3p2，P的价电子结构是3s2 3p3；
纯硅中，每个Si原子周围都是Si，利用全部四个轨道形成共价键，这样，硅会形成一个填充满电子的连续能带，即价带（每个轨道上都填满2个电子）；同时还会形成另一个连续的能带，即导带（每个轨道上都上空的），且价带和导带之间有一能量差，该能量差称为禁带。要想导电，价带上的电子必须克服禁带能量才能进入导带。
如果P是掺杂元素，其掺入比例极少，因此周围都是Si原子，通过利用能量低的3s1 3p3来与四个Si形成共价键，还有一个电子处在高能量的3d1轨道上！这样，就会在禁带之间形成一个新的价带，使得新价带与导带之间的能量差大幅度变小，即新的禁带宽度变小，电子跃迁容易得多，即导电性增强。由于新价带的电子来自掺杂元素P，且是通过电子的移动来导电，因此称为N型（负）半导体。
如果换成Al掺杂，其比例很少，则由于其价电子为3s2 3p1，只有3个电子，在与Si形成共价键后，就会缺少一个电子，这样，会在硅基质的价带和导带之间形成一个新的导带，即空轨道能级处在原禁带之间，导致价带和新导带之间的能量差变小，也会引起导电必大增。当电子从基质跃迁入新的导带时，就会在基质中留下一个空穴（可填充电子），相当于空穴的移动，所以称为P型半导体。