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N型半導(dǎo)體為什么“導(dǎo)帶中有較多的電子(多數(shù)載流子)”，重點(diǎn)在導(dǎo)帶上？ 已有3人參與
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http://www.gaoyang168.com/bbs/viewthread.php?tid=10484829&target=1 我在自學(xué)半導(dǎo)體知識(shí)，看見書上說，N型半導(dǎo)體的“導(dǎo)帶中有較多的電子(多數(shù)載流子)” ，P型半導(dǎo)體的“價(jià)帶中有較多的自由穴(多數(shù)載流子)”。 我知道N型半導(dǎo)體的電子數(shù)>空穴數(shù)，P型半導(dǎo)體的空穴數(shù)>電子數(shù)， 我的疑問是 為什么 書上要強(qiáng)調(diào)N型半導(dǎo)體的”導(dǎo)帶“有較多的電子多子？本菜鳥初步理解是 N型半導(dǎo)體有較多的電子，這些較多的電子是均勻分布在各能帶中的（導(dǎo)帶，禁帶，價(jià)帶）。 同理，為什么書上要強(qiáng)調(diào)P型半導(dǎo)體的“價(jià)帶"有較多的自由空穴多子？ |
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ielts_toefl: 金幣+5, ★★★★★最佳答案, 你說的太形象了，而且你這份認(rèn)真態(tài)度，很讓我感動(dòng)。 2016-07-17 17:39:50
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咱們以最常見的Si為例，一個(gè)si原子周圍提供4個(gè)電子參與共有化運(yùn)動(dòng)，如果是本征激發(fā)（即不是通過雜質(zhì)電離產(chǎn)生空穴電子對(duì)），那么當(dāng)外界給與的激發(fā)能量達(dá)到一定程度后（比如溫度高到一定程度），這四個(gè)電子就會(huì)有一部分電子（數(shù)量上服從費(fèi)米統(tǒng)計(jì)分布）獲得更高的能量，也就是處于導(dǎo)帶。那么，以一種好理解的方式去簡(jiǎn)單的描述，4個(gè)電子有一個(gè)去了導(dǎo)帶，留下一個(gè)空位，這個(gè)空位就很容易被臨近的原子周圍那些沒有被激發(fā)的電子再重新占據(jù)，這就行程了電子在不同原子周圍來回跑，然后形象的看做是空位來回跑，這個(gè)就是空穴。那我再解釋一下雜質(zhì)電離那個(gè)局域化的位置雖然行程了正電荷但為什么不叫空穴。這回以n型si為例，行程型si可以通過p元素（磷）摻雜實(shí)現(xiàn)，我們知道，p本身外層有5個(gè)電子，如果有一個(gè)p原子占據(jù)了si原子的位置（通過摻雜工藝來實(shí)現(xiàn)），那p原子有4個(gè)電子的作用和原來的那個(gè)si原子是一樣的，但多出來一個(gè)電子沒法與周圍的其它原子的外層電子行程共價(jià)鍵（可以參考高中化學(xué)的理解），那這個(gè)沒成鍵的電子就相對(duì)來說更容易“脫離組織”，在半導(dǎo)體體材料中，你可以這樣理解，被束縛住的電子具有較低的能量，而解脫這個(gè)束縛需要外界提供能量，被束縛的越松，相當(dāng)于電子具備越高的能量，越接近自由電子。那么，摻進(jìn)去的那個(gè)p原子的第五個(gè)電子的能量就比較高，在能帶圖中，它的位置也就比較靠上，位于禁帶中比較靠近導(dǎo)帶的位置（而不是像si原有的那些電子老老實(shí)實(shí)的待在價(jià)帶中），它屬于那種給點(diǎn)陽光就燦爛的，稍微給點(diǎn)外界激勵(lì)能量，那第五個(gè)原子能量就更高了，就變成了處于導(dǎo)帶的狀態(tài)了。那它激發(fā)后留下的那個(gè)空位，可不是誰都能坐的，空著帶正電荷不假，但你得有人家電離之前那么高的能量才能進(jìn)到人家那個(gè)空位上去，而摻雜進(jìn)去的p原子一般離得都很遠(yuǎn)，比如，摻雜濃度是e19，是指沒立方厘米有10的19次冪個(gè)p原子，而每立方厘米有多少個(gè)si原子呢，大概是e22量級(jí)的，也就是說單位體積上si原子的數(shù)量大概是p原子的1000倍，那么單位長(zhǎng)度上si原子的數(shù)量就是p原子的10倍，也就是一條線上平均每看到10個(gè)si原子才能看到一個(gè)p原子，這就是我之前說的，摻雜進(jìn)去的原子是孤獨(dú)的。那p原子周圍的si原子外層電子的能量不足以占據(jù)那“第五個(gè)空位”，而“夠資格”的其它p原子又離得太遠(yuǎn)，所以那個(gè)空位如果一旦行程，就不太容易被再次填充，而它放走的孩子就野了，在導(dǎo)帶上隨便跑，這就形成了一種現(xiàn)象，n型半導(dǎo)體導(dǎo)帶上的電子特別多，但由于很多是由雜質(zhì)電離行程的，那些電離后的空位比較孤僻，不參與共有化運(yùn)動(dòng)，對(duì)導(dǎo)電沒什么貢獻(xiàn)，也就不算空穴。但它確實(shí)是正電荷，也就是說一個(gè)蘿卜一個(gè)坑，總數(shù)上肯定是沒錯(cuò)的。而導(dǎo)帶上的電子無論是怎么跑上去的，它們運(yùn)動(dòng)起來都沒區(qū)別，無論是從價(jià)帶上去的（本征電離，親媽生的）還是雜質(zhì)能級(jí)上去的（雜質(zhì)p原子電離，后媽生的），上去后都一樣。艾瑪，好累 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
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ielts_toefl13樓2016-07-16 23:06:15
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通過我先前的敘述，你應(yīng)該能明白p對(duì)于si材料是雜質(zhì)吧，那么它多出來的那個(gè)電子對(duì)應(yīng)的就應(yīng)當(dāng)是雜質(zhì)能級(jí)。我來解釋一下什么是雜質(zhì)能級(jí)，它就是雜質(zhì)原子中的電子在“未脫離束縛”之前所對(duì)應(yīng)的能量，脫離束縛了，就相當(dāng)于電子和原子核分開了，也就是所謂的電離。那么我再假設(shè)一種極端的情況，也就是絕對(duì)零度。你自己來想想所有的電子都處于什么能量狀態(tài)呢？si的自不必說，都在價(jià)帶老老實(shí)實(shí)凍著呢。那么我們單說這個(gè)摻雜進(jìn)來的p原子的第五個(gè)原子，人家是富二代，它在絕對(duì)零度時(shí)，能量就比其它電子高，也就是在禁帶之中，一個(gè)很靠近導(dǎo)帶的孤立能級(jí)（非能帶）中。但此時(shí)，由于是絕對(duì)零度，電子全部都停留在自己原有的位置上，但如果此時(shí)溫度開始升高，那就開始有電子騷動(dòng)起來，吸收了由于溫度升高而提供的能量，電子就變成導(dǎo)帶的狀態(tài)了。如果這時(shí)p原子周圍的電子獲得了能量，那它就跑了，就是電離了。隨著溫度越高，騷動(dòng)的電子越來越多，到最后可能就都跑到導(dǎo)帶上去了。摻雜工藝完成后，半導(dǎo)體從機(jī)器里拿出來時(shí)，可能雜質(zhì)已經(jīng)在外界環(huán)境的溫度下完全電離，但其在絕對(duì)零度時(shí)沒電離時(shí)對(duì)應(yīng)的那個(gè)能量卻永遠(yuǎn)都不變，正所謂，你電離或不電離，能級(jí)就在那里，不離不棄（能級(jí)只是一種狀態(tài)，與是否有電子占據(jù)沒關(guān)） 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
16樓2016-07-17 21:50:52
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感謝參與，應(yīng)助指數(shù) +1
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我來回答一下，首先你要清楚一個(gè)概念，就是半導(dǎo)體體材料中帶正電的電荷和帶負(fù)電的電荷是相等的，但這里所說的帶正電的電荷和帶負(fù)電的電荷卻不一定是電子和空穴。電子和空穴是能參與晶體中電子共有化運(yùn)動(dòng)的電荷，但對(duì)于非故意摻雜的半導(dǎo)體，（以n型為例），絕大部分的電子是由施主型摻雜元素的原子提供的，而這樣的原子并不是遍布在晶體中，它們是格很遠(yuǎn)才有一個(gè)，所以施主雜質(zhì)電離后，產(chǎn)生了一個(gè)可以自由移動(dòng)的電子（此電子參與共有化運(yùn)動(dòng)，能量高，在能帶圖標(biāo)中對(duì)應(yīng)導(dǎo)帶那么高的能量，所以在導(dǎo)帶中），而電離后的施主雜質(zhì)雖然帶正電，但它卻不是空穴，因?yàn)樗闹車鷽]有與其性質(zhì)相同的正電荷，換句話說它是孤獨(dú)的，也就不參與共有化運(yùn)動(dòng)，這個(gè)帶正電的電荷也就停留在其原有的位置上�？昭ê团c其對(duì)應(yīng)的受主型雜質(zhì)也是類似的道理，價(jià)帶電子得到能量，跑到能量更高的地方運(yùn)動(dòng)，然后被受主型雜質(zhì)俘獲，所以那個(gè)電子也不能動(dòng)了，但價(jià)帶卻產(chǎn)生了大量的空穴，這些空穴的性質(zhì)相同，均可參與共有化運(yùn)動(dòng)，可自由移動(dòng) 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
8樓2016-07-15 21:35:16
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17樓2016-07-17 22:18:59
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層主，你說的那篇文章，我簡(jiǎn)單看了一下。光催化的問題我不懂，但我猜想你這里的跟高中學(xué)的電解池有點(diǎn)像，文章中說的大概意思就是原來的那個(gè)go材料分兩步處理，第一步用氨氣，目的是引入N元素，占據(jù)C的格點(diǎn)，形成n型摻雜，這與我們先前討論的原理是一致的，而第二部它又弄個(gè)氧化處理，這一步我覺得是引入了間隙氧原子，它起受主作用，能形成空穴。臨近的兩個(gè)量子點(diǎn)，一個(gè)是替位雜質(zhì)形成的n型量子點(diǎn)，一個(gè)是間隙雜質(zhì)形成的p型量子點(diǎn)，小部分區(qū)域就形成了pn結(jié)，由于是在水里泡著，就形成了回路，外界有光照射的時(shí)候，激發(fā)sp2雜化區(qū)域（可以理解為pn結(jié)的空間電荷區(qū)）產(chǎn)生過剩載流子，正電荷給氧，負(fù)電荷給氫，兩者變成氣體跑了。這個(gè)過程有點(diǎn)像太陽能電池，只不過它將太陽能轉(zhuǎn)化的電能還沒來得及傳到外面被人利用，就先行轉(zhuǎn)化成了化學(xué)能儲(chǔ)存起來（等氫氧一反應(yīng)就可以釋放這部分化學(xué)能）。我的分析是根據(jù)文中的幾句話，貼上來大家一起討論討論，說的不對(duì)的還請(qǐng)見諒 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
22樓2016-07-18 13:34:45
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感謝參與，應(yīng)助指數(shù) +1
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根據(jù)電中性原理，不管是哪一類材料電子數(shù)和空穴數(shù)肯定都是相等的。只不過在N型半導(dǎo)體中，電子空穴對(duì)分離后，空穴固定在原子附近，而電子由于可以自由移動(dòng)躍遷到導(dǎo)帶中成為載流子；對(duì)于P型半導(dǎo)體，電子空穴對(duì)分離后，該電子與相鄰原子的單電子形成了電子對(duì)，電子被固定，空穴以傳遞的方式不斷移動(dòng)，所以空穴在價(jià)帶導(dǎo)電。 以上是我個(gè)人的理解，如有不妥，請(qǐng)賜教。 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
2樓2016-07-14 11:44:58
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，可是你的觀點(diǎn)之中又引入了一個(gè)新的概念
。請(qǐng)問 你說的”固定“是什么含義？
3樓2016-07-14 13:25:56
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4樓2016-07-14 14:01:37
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5樓2016-07-14 15:15:25
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7樓2016-07-15 09:00:45
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