不含雜質和缺陷的純凈半導體,其內部電子和空穴濃度相等,稱為本征半導體。本征半導體不宜用于制作半導體器件,因其制成的器件性能很不穩定。反之,摻入一定量雜質的半導體稱為雜質半導體或非本征半導體,這是實際用于制作半導體器件及集成電路的材料。
本征半導體的導電能力很弱,熱穩定性也很差,因此,不宜直接用它制造半導體器件。半導體器件多數是用含有一定數量的某種雜質的半導體制成。根據摻入雜質性質的不同,雜質半導體分為N型半導體和P型半導體兩種。
一、N型半導體 在本征半導體硅(或鍺)中摻入微量的5價元素,例如磷,則磷原子就取代了硅晶體中少量的硅原子,占據晶格上的某些位置。N型半導體由圖可見,磷原子最外層有5個價電子,其中4個價電子分別與鄰近4個硅原子形成共價鍵結構,多余的1個價電子在共價鍵之外,只受到磷原子對它微弱的束縛,因此在室溫下,即可獲得掙脫束縛所需要的能量而成為自由電子,游離于晶格之間。失去電子的磷原子則成為不能移動的正離子。磷原子由于可以釋放1個電子而被稱為施主原子,又稱施主雜質。
在本征半導體中每摻入1個磷原子就可產生1個自由電子,而本征激發產生的空穴的數目不變。這樣,在摻入磷的半導體中,自由電子的數目就遠遠超過了空穴數目,成為多數載流子(簡稱多子),空穴則為少數載流子(簡稱少子)。顯然,參與導電的主要是電子,故這種半導體稱為電子型半導體,簡稱N型半導體。
二、P型半導體 在本征半導體硅(或鍺)中,若摻入微量的3價元素,如硼,這時硼原子就取代了晶體中的少量硅原子,占PN結的組成據晶格上的某些位置。由圖可知,硼原子的3個價電子分別與其鄰近的3個硅原子中的3個價電子組成完整的共價鍵,而與其相鄰的另1個硅原子的共價鍵中則缺少1個電子,出現了1個空穴。這個空穴被附近硅原子中的價電子來填充后,使3價的硼原子獲得了1個電子而變成負離子。同時,鄰近共價鍵上出現1個空穴。由于硼原子起著接受電子的作用,故稱為受主原子,又稱受主雜質。
在本征半導體中每摻入1個硼原子就可以提供1個空穴,當摻入一定數量的硼原子時,就可以使半導體中空穴的數目遠大于本征激發電子的數目,成為多數載流子,而電子則成為少數載流子。顯然,參與導電的主要是空穴,故這種半導體稱為空穴型半導體,簡稱P型半導體。