p型半导体是空空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体;n型半导体是自由电子浓度远高于空空穴浓度的杂质半导体。
P型和N型半导体都属于杂质半导体,掺杂过程涉及在本征半导体中加入掺杂原子,从而在达到热平衡的过程中改变电子和空空穴的分布。
根据杂质半导体中的主要影响载流子,半导体可以分为P型半导体和N型半导体。含有杂质的半导体是许多电子器件的基础。
没有杂质的半导体称为本征半导体。硅和锗中有四个最外层的电子,所以它们被称为四价元素,每个外层电子秤都是一个价电子。为了处于稳定状态,单晶硅和单晶锗中每个原子的四个价电子必须与相邻原子的价电子配对,以形成所谓的共价键。
然而,共价键中的电子不像绝缘体中的电子那样紧密。由于能量激发(如光和温度变化),一些电子可以脱离原来的约束,成为自由电子。
同时,当一个电子在某处的共价键中丢失时,就会相应地留下一个空位点,这就叫做空空穴。自由电子和空空穴总是成对出现。
如果在本征半导体两端施加电压,两个相同数量的携带电荷的粒子(称为载流子)将产生电流。一种是自由电子向阳极运动形成的电子流。
另一种是空空穴向负极移动引起的空空穴电流。空洞电流的形成好像电影院的前排座椅空一样,后排的人一个个向前填充人,人向前移动,空位置向后移动。
因此,电子传导和空空穴传导都存在于半导体中,但由于这两种载流子数量少,本征半导体的电导率远小于金属中自由电子的电导率。
如果在本征半导体中掺杂少量杂质,半导体的导电性将大大提高。纯半导体硅(Si)掺杂少量五价磷(P)或三价硼(B),形成电子半导体(简称N型半导体)和空腔半导体(简称P型半导体)。
纯半导体掺杂硼元素,原子外层有三个电子。当硼原子与相邻的硅原子形成共价键时,由于没有电子耳,就会出现空穴空。如右图所示,每个掺杂的硼原子都有一个空空穴。这种半导体叫做P型半导体。p型半导体中,空空穴占多数,自由电子占少数,空空穴为多数载流子。
同样,纯半导体硅在原子外层掺杂有五个电子的磷,形成N型半导体。