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，相對于SI的4價來說，缺少一顆電子，把這個缺失的部分叫做空穴，這類摻雜B的叫P型材料。對應(yīng)的，摻雜了元素磷(P)，因?yàn)榱?價，相對于Si的4價來說，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，這個我們很難理解，其中的一個解釋是空穴的導(dǎo)電本質(zhì)是電子的跳動，但是看上去是空穴在導(dǎo)電，所以叫空穴導(dǎo)電。但是這個解釋，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?

這段時間我都在看半導(dǎo)體方面的書，什么導(dǎo)帶、價帶、禁帶，概念很多，忍著頭皮耐心的看下去，終于把長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)能量大小分為三個部分，因?yàn)檫@個部分是一個區(qū)域，所以用“帶”表示，類似頻率的頻帶概念一樣。比較常見的分為價帶、導(dǎo)帶和禁帶三級，能量最低的是價帶，當(dāng)價帶中的電子獲得能量，就會越過禁帶跳到導(dǎo)帶中去。注意，禁帶是不允許電子存在的，這個是量子理論決定的，也就是電子的能級，只能在有限的幾個能級分布，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。對于半導(dǎo)體來說，摻雜5價磷的N型材料，因?yàn)槎喑鲆粋€電子，這個電子成為自由電子進(jìn)入導(dǎo)帶，所以就可以導(dǎo)電，這個很好理解，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，只是這個電子不是來自于導(dǎo)帶中的電子，而是來自于價帶中的電子，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帶電子，若這些電子只要獲得少量的能量，這個能量達(dá)到價帶的頂端、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)外電場加入時，這個空穴就開始移動，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。