半導(dǎo)體空穴導(dǎo)電工作原理

現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了半導(dǎo)體事業(yè)的不斷革新。我們熟悉的半導(dǎo)體材料，常用的是P、N類型的，硅(SI)中摻雜元素硼(B)，因?yàn)锽三價(jià)，相對(duì)于SI的4價(jià)來說，缺少一顆電子，把這個(gè)缺失的部分叫做空穴，這類摻雜B的叫P型材料。對(duì)應(yīng)的，摻雜了元素磷(P)，因?yàn)榱?價(jià)，相對(duì)于Si的4價(jià)來說，多出一顆電子，這顆電子孤零零的多出來，成為了自由電子，這類摻雜P的叫N型材料。

N型材料因?yàn)橛歇?dú)立的自由電子，所以很容易導(dǎo)電，這個(gè)大家很容易理解，但是所有的書告訴我們P型材料內(nèi)的空穴也能導(dǎo)電，這個(gè)我們很難理解，其中的一個(gè)解釋是空穴的導(dǎo)電本質(zhì)是電子的跳動(dòng)，但是看上去是空穴在導(dǎo)電，所以叫空穴導(dǎo)電。但是這個(gè)解釋，還是給我們的答案是電子導(dǎo)電，只是相比沒有答案更容易接受一些罷了。那么空穴到底如何導(dǎo)電的?

這段時(shí)間我都在看半導(dǎo)體方面的書，什么導(dǎo)帶、價(jià)帶、禁帶，概念很多，忍著頭皮耐心的看下去，終于把長(zhǎng)期困擾在心中的空穴導(dǎo)電概念理解了一番，但不敢說就是對(duì)的，先把自己理解的一點(diǎn)給大家分享一下，先看下圖的一些基本概念：

如上圖，材料中的電子根據(jù)能量大小分為三個(gè)部分，因?yàn)檫@個(gè)部分是一個(gè)區(qū)域，所以用“帶”表示，類似頻率的頻帶概念一樣。比較常見的分為價(jià)帶、導(dǎo)帶和禁帶三級(jí)，能量最低的是價(jià)帶，當(dāng)價(jià)帶中的電子獲得能量，就會(huì)越過禁帶跳到導(dǎo)帶中去。注意，禁帶是不允許電子存在的，這個(gè)是量子理論決定的，也就是電子的能級(jí)，只能在有限的幾個(gè)能級(jí)分布，而不是連續(xù)的。

金屬導(dǎo)體最外層的電子很活潑，為自由電子，常溫下獲得能量跳到了導(dǎo)帶中，所以會(huì)導(dǎo)電。絕緣體沒有自由電子，所以在導(dǎo)帶中沒有電子，所以無法導(dǎo)電。對(duì)于半導(dǎo)體來說，摻雜5價(jià)磷的N型材料，因?yàn)槎喑鲆粋€(gè)電子，這個(gè)電子成為自由電子進(jìn)入導(dǎo)帶，所以就可以導(dǎo)電，這個(gè)很好理解，那么空穴型的呢?空穴型的在導(dǎo)帶中沒有自由電子，所以不存在導(dǎo)帶中的導(dǎo)電特性。這是特別注意的。

既然空穴型材料沒有導(dǎo)帶中的自由電子導(dǎo)電，那么空穴如何導(dǎo)電呢，所以肯定不是導(dǎo)帶導(dǎo)電，但是空穴的本質(zhì)還是電子導(dǎo)電，只是這個(gè)電子不是來自于導(dǎo)帶中的電子，而是來自于價(jià)帶中的電子，這是問題的核心。

P型材料中有大量的低能量的空穴，而空穴周邊有更多的價(jià)帶電子，若這些電子只要獲得少量的能量，這個(gè)能量達(dá)到價(jià)帶的頂端、禁帶的低端，它就可能跳到周邊的空穴中，而不需要跳到導(dǎo)帶中去(它也跳不過去)，當(dāng)外電場(chǎng)加入時(shí)，這個(gè)空穴就開始移動(dòng)，所以成為空穴導(dǎo)電。理解了這些我們就明白了，P型材料是價(jià)帶中電子導(dǎo)電，等效于空穴導(dǎo)電，N型材料是導(dǎo)帶中電子導(dǎo)電，也就是電子導(dǎo)電。以上就是半導(dǎo)體空穴導(dǎo)電的一些工作原理，需要工程師深入了解，才能少走彎路。