The Semiconductor in Equilibrium 2.pdf

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1、Chapter4TheSemiconductorinEquilibrium(續)本質材料經摻雜質後變成非本質材料，摻雜後如果電子總數高於摻雜前，這樣的材料稱為n型半導體。摻雜後如果電洞總數高於摻雜前，這樣的材料稱為p型半導體。4.2.3GroupIII-VSemiconductors三五族材料的摻雜(VI)碲(VI)(IV)(IV)鈹(II)(II)(IV)鎘(IV)GaAs(IntrinsicGaAs)3+5-8=0GaAs(Dopantwithzinc)2+5-8=-1(p-typesemiconductor)ThesituationinthegroupIII-Vco

2、mpoundsemiconductors,suchasgalliumarsenide,ismorecomplicated.GroupIIelements,suchasberyllium(鈹),zinc,andcadmium(鎘),canenterthelatticeassubstitutionalimpurities,replacingthegroupIIIgalliumelementstobecomeacceptorimpurities.三五族材料的晶格包含一個三族原子與一個五族原子，因此其兩個原子所形成的共價鍵剛好八個電子，是穩定的狀況。假如其中三族原子被二族雜質原子

3、取代，那麼這個共價鍵就變成七個電子，因此產生一電洞，變成p型材料。GaAs(IntrinsicGaAs)3+5-8=0GaAs(Dopantwithselenium硒)3+6-8=1(n-typesemiconductor)Similarly,groupVIelements,suchasseleniumandtellurium,canenterthelatticesubstitutionally,replacingthegroupVarsenicelementtobecomedonorsimpurities.同理，如果五族原子被六族雜質原子取代，那麼形成共價鍵後會多一個自

4、由電子，因此材料變成n型材料。GaAs(DopantwithSi)GaAs(DopantwithSi)4+5-8=1(n-type)3+4-8=-1(p-type)GroupIVelementssuchsiliconandgermanium,canalsobeimpurityatomsinGaAs.Ifasiliconatomreplacesagalliumatom,thesiliconimpuritywillactasadonor,butifthesiliconreplacesanarsenicatom,thesiliconimpuritywillactasanacce

5、ptor.ExperimentllyinGaAs,itisfoundthatgermaniumispredominantlyanacceptorandsiliconispredominantlyadonor.同理，四族原子例如Si，Ge也可以用來作為三五族材料的雜質，如果四族雜質原子是取代三五族中的三族原子，則共價鍵會多一個電子，材料變成n型，如果如果四族雜質原子是取代三五族中的五族原子，則共價鍵會少一個電子，材料變成p型。根據實驗的經驗，摻Ge會形成p型，摻Si會形成n型。4.3TheExtrinsicSemiconductor(非本質材料)4.3.1Equilibri

6、umDistributionofElectronsandHoles(熱平衡的非本質材料之電子與電洞)Addingdonororacceptorimpurityatomstoasemiconductorwillchangethedistributionofelectronsandholesinthematerial.Sincethefermienergyisrelatedtothedistributionfunction,theFermienergywillchangeasdopantatomsareadded.Intrinsicn-typeDonorImpurityele

7、ctronholeN型材料的電子數目比電洞數目多很多，而且絕大部分的本質材料的電子與電洞數目電子都是雜質原子所貢獻。一定相同，而且數目不多因此電子濃度與雜質原子之濃度可視為幾乎相等。Intrinsicp-typeAcceptorImpurityelectronholeP型材料的電洞數目比電子數目多很多，而且絕大部分的本質材料的電子與電洞數目電洞都是雜質原子所貢獻。一定相同，而且數目不多因此電洞濃度與雜質原子之濃度可視為幾乎相等。N型材料的電子數目比電洞數目多很多，費米能階是電子填入機率剛好0.5的那個能階，因此費米能階高代表導