掺杂

✍ dations ◷ 2025-08-22 07:46:34 #掺杂
掺杂(英语:doping)是半导体制造工艺中,为纯的本征半导体引入杂质,使之电气属性被改变的过程。引入的杂质与要制造的半导体种类有关。轻度和中度掺杂的半导体被称作是杂质半导体,而更重度掺杂的半导体则需考虑费米统计律带来的影响,这种情况被称为简并半导体。掺杂物浓度对于半导体最直接的影响在于其载流子浓度。在热平衡的状态下,一个未经掺杂的本征半导体,电子与空穴的浓度相等,如下列公式所示:对于非本征半导体在热平衡的状态下,这个关系变为(对轻掺杂而言):其中n0是半导体内的电子浓度、p0则是半导体的空穴浓度, n i {displaystyle n_{i}} 则是本征半导体的载流子浓度。 n i {displaystyle n_{i}} 会随着材料或温度的不同而改变。对于室温下的硅而言, n i {displaystyle n_{i}} 大约是1.5×1010 cm-3。通常掺杂浓度越高,半导体的导电性就会变得越好,原因是能进入导带的电子数量会随着掺杂浓度提高而增加。掺杂浓度非常高的半导体会因为导电性接近金属而被广泛应用在今日的集成电路制程来取代部分金属。高掺杂浓度通常会在 n {displaystyle n} 或是 p {displaystyle p} 后面附加一上标的“+”号,例如 n + {displaystyle n^{+}} 代表掺杂浓度非常高的n型半导体,反之例如 p − {displaystyle p^{-}} 则代表轻掺杂的p型半导体。需要特别说明的是即使掺杂浓度已经高到让半导体退化为导体,掺杂物的浓度和原本的半导体原子浓度比起来还是差距非常大。以一个有晶格结构的硅本征半导体而言,原子浓度大约是5×1022 cm-3,而一般集成电路制程里的掺杂浓度约在1013 cm-3至1018 cm-3之间。掺杂浓度在1018 cm-3以上的半导体在室温下通常就会被视为是一个简并半导体。重掺杂的半导体中,掺杂物和半导体原子的浓度比约是千分之一,而轻掺杂则可能会到十亿分之一的比例。在半导体制程中,掺杂浓度都会依照所制造出元件的需求量身打造,以合于使用者的需求。掺杂之后的半导体能带会有所改变。依照掺杂物的不同,本征半导体的能隙之间会出现不同的能阶。施体原子会在靠近导带的地方产生一个新的能阶,而受体原子则是在靠近价带的地方产生新的能阶。假设掺杂硼原子进入硅,则因为硼的能阶到硅的价带之间仅有0.045电子伏特,远小于硅本身的能隙1.12电子伏特,所以在室温下就可以使掺杂到硅里的硼原子完全解离化。掺杂物对于能带结构的另一个重大影响是改变了费米能阶的位置。在热平衡的状态下费米能阶依然会保持定值,这个特性会引出很多其他有用的电特性。举例来说,一个p-n结的能带会弯折,起因是原本p型半导体和n型半导体的费米能阶位置各不相同,但是形成p-n结后其费米能阶必须保持在同样的高度,造成无论是p型或是n型半导体的导带或价带都会被弯曲以配合界面处的能带差异。上述的效应可以用能带图(英语:Band diagram)(band diagram)来解释,如右图。在能带图里横轴代表位置,纵轴则是能量。图中也有费米能阶,半导体的本征费米能阶(Intrinsic Fermi level)通常以 E i {displaystyle E_{i}} 来表示。在解释半导体元件的行为时,能带图是非常有用的工具。

相关

  • SNAC社交网络及存档内容(SNAC)是发现、定位和运用分布式信史的在线平台。它是由设在美国的一些组织合作发起的。SNAC的主要工作为“从对人的描述中分隔出人创造和记录人生活和工作
  • 查士丁尼瘟疫查士丁尼大瘟疫是公元541至542年发生在拜占庭帝国的一场大瘟疫。当时包括首都君士坦丁堡在内多地受到影响。关于是次瘟疫的具体疾病,最广为接受的说法是鼠疫。大瘟疫分为五次
  • 吸油烟机吸油烟机(又称抽油烟机、排油烟机)是一种现代厨房设备,主要用来抽走室内烹饪过程中产生的油烟,同时也可用于抽去水蒸气和气味。油烟是食用油遇高温气化、分解的气体和气溶胶,现代
  • 二甲亚砜二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide,简称DMSO),是分子式为(CH3)2SO的化学物质。其为一无色液体,并为重要的极性非质子溶剂。它可与许多有机溶剂及水互溶。二甲基亚砜具有极易渗透皮肤
  • 弗雷德里希·米歇尔弗雷德里希·米歇尔(Friedrich Miescher,1844年8月13日-1895年8月26日),瑞士生物学家,出生于巴塞尔。他在1869年,首先从白血球的细胞核中,分离出一种他称为“核素”(nuclein,现称核酸)
  • 贾湖文化贾湖遗址是9000年至7700年前的新石器时代裴李岗文化文化遗址,位于中国河南省漯河市舞阳县北舞渡镇西南1.5公里的贾湖村,面积约55000平方米。出土了现在仍可吹奏的五声至七音阶
  • 理查德·哈密尔顿理查德·威廉·哈密尔顿,CH(英语:Richard William Hamilton,1922年2月24日-2011年9月13日),英国画家及拼贴艺术家,有英国“波普艺术之父”之称,其1956年作品《是什么让今日的住家如此
  • 冥福传统宗教仪式:神明秘密社会:冥福,在道教和中国民间信仰中意指亡灵在阴间的幸福,汉传佛教也吸收了这个概念,作为功德的一部分。保证死者冥福有两种形式,一是精神上的,二是物质上的。
  • 考古学家考古学(英语:archaeology或archeology,源自古希腊文:ἀρχαιολογία, archaiologia ;ἀρχαῖος,arkhaīos,“古代”;以及-λογία, -logiā,“学问”),对于过去人类
  • 波诺博诺,KBE(Bono,1960年5月10日-),本名保罗·大卫·休森(Paul David Hewson),爱尔兰摇滚乐队U2的主唱兼旋律吉他手,乐队大多数歌词皆出自博诺之手,而且擅用歌词表达对政治、时局、社会的