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半导体载子浓度


    掺杂物浓度对于半导体最直接的影响在于其载子浓度。在热平衡的状态下,一个未经掺杂的本质半导体,电子与电洞的浓度相等,如下列公式所示:
    n= p= ni其中n是半导体内的电子浓度、p则是半导体的电洞浓度,ni则是本质半导体的载子浓度。ni会随着材料或温度的不同而改变。对于室温下的硅而言,ni大约是1×10 cm。

    通常掺杂浓度越高,半导体的导电性就会变得越好,原因是能进入传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份金属。高掺杂浓度通常会在n或是p后面附加一上标的“+”号,例如n代表掺杂浓度非常高的n型半导体,反之例如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”(degenerate)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质半导体而言,原子浓度大约是5×10 cm,而一般集成电路制程里的掺杂浓度约在10 cm至10 cm之间。掺杂浓度在10 cm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”(degenerated semiconductor)。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。

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