IntroductiontoMicroelectronicsThirdEdition《微電子概論》（第3版）郝躍賈新章史江一目錄1.摻雜與非本征半導體2.2.2非本征半導體2.n型半導體4.補償3.p型半導體5.多數載流子和少數載流子引言：集成電路中實際采用并決定器件特性的是非本征半導體。摻雜（Doping）：摻入雜質原子（其他元素原子）的過程。非本征半導體：摻入有雜質的半導體，又稱雜質半導體。由于摻雜元素類型的不同，將形成不同類型的半導體。1.摻雜與非本征半導體通過摻雜控制半導體的導電類型和導電能力，是制造半導體器件和集成電路的物理基礎。半導體器件和集成電路的制造過程中將進行多次摻雜。2.n型半導體（n-typeSemiconductor）

(1)施主雜質與n型半導體摻入Ⅴ價元素原子（如“磷”）取代硅原子，多余的一個電子，受束縛很弱，室溫下即能脫離束縛成為自由電子。2.n型半導體（n-typeSemiconductor）

(1)施主雜質與n型半導體Ⅴ價雜質原子提供了電子載流子，因此稱為施主雜質（DonorImpurity）。施主雜質濃度記為ND。電子載流子帶負電（negative），因此施主雜質又稱為n型雜質。如果半導體中n型雜質居多，則稱該為n型半導體。2.n型半導體（n-typeSemiconductor）

(2)n型半導體的特點施主雜質原子只能提供一個電子，并不同時產生空穴。施主雜質原子提供一個電子后，本身成為帶一個正電荷的離化施主雜質離子。整個n型半導體保持電中性。3.p型半導體（p-typeSemiconductor）

(1)受主雜質與p型半導體摻入Ⅲ價元素原子（例如硼(B)、鎵(Ga)和銦(In)）取代硅原子，第4個共價鍵上出現一個空位置。室溫下該空位接受其他硅原子的價電子來填補，在其他硅原子中形成新的空位，對應提供一個空穴。3.p型半導體（p-typeSemiconductor）

(1)受主雜質與p型半導體Ⅲ價雜質原子接受一個電子才提供空穴載流子，因此稱為受主（Acceptor）雜質。受主雜質濃度記為NA?？昭ㄝd流子帶正電（Positive），因此受主雜質又稱為p型雜質。如果半導體中p型雜質居多，則稱該為p型半導體。3.p型半導體（p-typeSemiconductor）

(2)p型半導體的特點受主雜質原子只能提供一個空穴，并不同時產生自由電子。受主雜質原子提供一個空穴后，本身成為帶一個負電荷的離化受主雜質離子。整個p型半導體保持電中性。4.補償半導體中同時存在施主和受主雜質時，施主雜質提供的自由電子會通過“復合”與受主雜質提供的空穴相抵消，這種現象稱為“補償”。在同時存在兩類雜質的情況下，半導體的性質取決于“補償”后哪一類雜質起主導作用。如果施主雜質濃度與受主雜質近似相等，半導體中的載流子濃度基本等于由本征激發作用產生的自由電子和空穴濃度，這種半導體稱為補償型本征半導體。半導體中雜質的存在會影響半導體中載流子的遷移率、壽命等重要參數，進而影響半導體器件的特性。因此補償型本征半導體材料的性質明顯比本征半導體材料差。注意：5.多數載流子和少數載流子

(1)質量作用定律盡管摻入的雜質濃度將影響電子和空穴濃度的大小，理論分析表明，在熱平衡時，半導體中電子濃度(n0)和空穴濃度(p0)的乘積等于本征載流子濃度(ni)的平方：n0p0=ni2載流子濃度符號的下標0表示“平衡”濃度。注意：熱平衡時半導體中電子濃度（n0）和空穴濃度（p0）的乘積與摻雜無關，只與溫度有關。說明：溫度越高，則（n0）與（p0）的乘積越大。5.多數載流子和少數載流子

(2)多數載流子和少數載流子摻入雜質后半導體中一種載流子的濃度明顯高于另一種載流子的濃度。濃度高的載流子稱為多數載流子（MajorityCarrier），簡稱為“多子”，濃度較低的載流子稱為少數載流子（MinorityCarrier），簡稱為“少子”。5.多數載流子和少數載流子

(3)平衡情況下n型半導體中的載流子由于一個n型雜質提供一個自由電子，若摻雜濃度為ND，則多子電子濃度為nn0≈ND根據質量作用定理，得少子空穴濃度為pno≈ni2/ND上述載流子符號中，下標n表示“n型半導體”中的載流子，下標0代表“平衡”情況。注意：5.多數載流子和少數載流子

(3)平衡情況下n型半導體中的載流子數字實例：Si半導體中摻入施主雜質濃度為ND=1016/cm3室溫下Si中本征載流子濃度約為ni=1010/cm3則平衡情況下多子電子濃度nn0≈ND=1016/cm3少子空穴濃度pno=ni2/ND=104/cm3上述摻雜濃度是集成電路生產中硅材料的典型摻雜濃度值。5.多數載流子和少數載流子(4)平衡情況下p型半導體中的載流子由于一個p型雜質提供一個空穴，若摻雜濃度為NA，則多子空穴濃度為pp0≈NA根據質量作用定理，得少子電子濃度為npo≈ni2/NA5.多數載流子和少數載流子數字實例：Si半導體中摻入受主雜質硼的濃度為NA=1018/cm3室溫下Si中本征載流子濃度約為ni=1010/cm3則平衡情況下多子空穴濃度pP0≈NA=1018/cm3少子電子濃度np0≈n/ND=2.1×102/cm3上述摻雜濃度是集成電路生產中采用的典型值。(4)平衡情況下p型半導體中的載流子非本征半導體中，平衡少子濃度不但遠小于多子濃度，而且比本征載流子濃度也低幾個數量級。但是在pn結二極管和雙極晶體管中，少子對器件特性起著關鍵作用。5.多數載流子和少數載流子半導體中自由電子以及離化受主雜質離子均帶負電荷，而空穴以及離化施主雜質離子均帶正電荷。(5)電中性條件對半導體而言，總的正電荷數目等于負電荷總數，半導體呈現電中性。5.多數載流子和少數載流子在半導體器件和集成電路的制造中，根據器件特性的要求不同，摻雜濃度往往相差若干個數量級。(5)電中性條件為直觀起見，經常用載流子符號右