P型半导体的定义、掺杂及其能量图

PN结二极管由P型和N型两种半导体材料的两个相邻部分组成，这些材料是半导体，例如Si（硅）或 Ge（锗），包括原子杂质。这里的半导体类型可以由杂质种类决定，而向半导体材料中添加杂质的过程称为掺杂。

含有杂质的半导体称为掺杂半导体，主要包括P型半导体和N型半导体，本文简单介绍下P型半导体的掺杂及其能量图。

P型半导体的定义

一旦将三价材料赋予纯半导体（Si/Ge），就称为P型半导体。在这里，三价材料是硼、铟、镓、铝等。最常见的是，半导体由硅材料制成，因为它的价壳中包含4个电子。为了制造P型半导体，可以在其中添加额外的材料，例如铝或硼。这些材料的价外壳层中仅包含三个电子。

这些P型半导体是通过掺杂半导体材料制成的。与半导体的量相比，它们添加了少量的杂质。通过改变添加的掺杂量，半导体的精确特性将改变。在这种类型的半导体中，与电子相比，空穴的数量更多。硼/镓等三价杂质常用于Si类掺杂杂质。所以P型半导体的例子是镓或硼。

掺杂

在P型半导体中加入杂质以改变其性质的过程称为P型半导体掺杂。通常，用于掺杂三价和五价元素的材料是Si和Ge。因此，这种半导体可以通过使用三价杂质掺杂本征半导体来形成。这里的“P”表示正极材料，表示半导体中的空穴很高。

P型半导体形成

Si半导体是四价元素，晶体的共同结构包括来自4个外层电子的4个共价键。在Si中，III族和V族元素是最常见的掺杂剂。III族元素包括3个外部电子，当用于掺杂Si时，它们的作用类似于受体。

一旦受体原子改变晶体内的四价硅原子，就可以产生电子空穴。它是一种电荷载体，负责在半导体材料中产生电流。

这种半导体中的电荷载流子带正电，并在半导体材料中从一个原子移动到另一个原子。添加到本征半导体中的三价元素将在结构内产生正电子空穴。例如，掺杂有III族元素（如硼）的a-Si晶体将产生P型半导体，但掺杂有V族元素（如磷）的晶体将产生N型半导体。整个空穴数可以等于整个供体部位数 (p ≈ NA)。P型半导体的多数电荷载流子是空穴，而少数电荷载流子是电子。

P型半导体能量图

P型半导体能带图如下所示，通过添加三价杂质，共价键中空穴的数量可以在晶体中形成，在导带内也可以访问较少量的电子。

一旦将室温下的热能传递给Ge晶体以形成电子-空穴对，就会产生能量。然而，由于与电子相比大多数空穴，电荷载流子高于导带内的电子。因此，这种材料被称为P型半导体，其中P表示正极材料。

通过P型半导体传导

在P型半导体中，大量的空穴是由三价杂质产生的。当在这种类型的半导体上施加电位差时，如下图所示：

价带中的空穴指向负极端子，由于流过晶体的电流是通过空穴来流动的，空穴是正电荷的载体，因此，这种类型的导电性被称为正或P型导电性。在P型导电性中，价电子从一个共价移动到另一个共价。

N型半导体的电导率几乎是P型半导体的两倍。在N型半导体的导带中可用的电子比在P型半导体的价带中可用的空穴更容易移动。

空穴的流动性很差，这是因为它们更多地与原子核结合。

即使在室温下，也会形成电子-空穴对。这些微量可用的自由电子在P型半导体中也携带少量电流。

总结

P型非本征半导体是在纯半导体中添加少量三价杂质而形成的，结果会在其中产生大量空穴。通过添加镓和铟等三价杂质，在半导体材料中提供了大量的空穴。

这种产生P型半导体的杂质被称为受主杂质，因为它们中的每个原子都会产生一个可以接受一个电子的空穴，而空穴是主要的电荷载体。