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矽能直接導電嗎

生活 更新时间:2024-11-23 10:14:57
本征半導體

沒有雜質的純淨的晶體才算得上本征半導體,比如矽、鍺。

本征半導體是不導電的,為什麼這麼說呢?

首先我們需要了解矽原子的最外層結構,矽原子最外層有四個電子。

矽能直接導電嗎(矽不是金屬如何導電呢)1

經過一系列的複雜工藝之後,含有雜質的矽被制成單晶體,這就是本征半導體。

每兩個矽原子之間都會形成一個共價鍵,這樣每一個矽原子最外層都會達到8個電子的穩定結構。

矽能直接導電嗎(矽不是金屬如何導電呢)2

因為每一個原子最外層都有8個電子,它既不容易失去電子,也很難再去得到一個電子。

這樣的話它是很難導電的。

也可以說矽本身是屬于絕緣體這一類的。

那麼如何讓矽原子展示它導體的一面呢?

在上世紀50年代,聰明的人類以非常巧妙的方式解決了這個問題。

N型半導體

聰明的人類發現純淨的矽晶體是不導電的,但是給你摻雜一些其它原子,可以讓你具有導電的性質。

五價磷

矽能直接導電嗎(矽不是金屬如何導電呢)3

摻入的雜質原子是正五價的磷原子,它的最外層有五個電子。

然後把它和矽原子摻雜在一起是這樣的,可以看到下圖最中間的磷原子最外層有9個電子。

多出來的這一個電子叫做多子,它是極易容易失去的,如果摻雜了更多多磷原子,就會更容易失去更多的電子,這就有了電效應。

現在你知道它為什麼叫N型半導體了嗎?

因為它帶負電,電子就是負電,而N取自于negative的首字母,negative就是負極的意思。

矽能直接導電嗎(矽不是金屬如何導電呢)4

但這不是半導體啊,因為無論從哪個方向加電,都有電流電流,而半導體是具有單向流動性的。

我們需要的是往一個方向流動的電流,該怎麼辦呢?

P型半導體

既然能讓矽最外層多出一個電子,那就用同樣的方法讓矽的最外層少一個電子。

于是人們往純淨的矽原子裡面摻雜了正三價硼原子。

矽能直接導電嗎(矽不是金屬如何導電呢)5

然後,我們把這個硼原子摻入到純淨的矽晶體當中,如下圖所示:

由于硼原子最外層隻有7個電子,所以會留下一個空穴,在P型半導體當中,我們把空穴叫做多子。

P型半導體的空穴是極易容易得到電子的,如果摻雜了更多多硼原子,就會更容易得到更多的電子,這對外就會吸引電子來填滿它的空穴。

現在你知道它為什麼叫P型半導體了嗎?

因為它對外帶正電,而P取自于positive的首字母,positive就是正極的意思。

矽能直接導電嗎(矽不是金屬如何導電呢)6

N型半導體最外層多一個電子(針對摻雜雜志原子而言)。

P型半導體最外層少一個電子(針對摻雜雜志原子而言)。

如果把這兩種半導體結合在一塊會發生什麼呢?

我想答案大家應該很清楚了,N型半導體多出來的電子會進入P型半導體的空穴,這樣電流就隻能由N型半導體流向P型半導體了,也就是我們所說的單向流動性。

接下來看看聰明的人類怎麼把他們整合到一塊的吧。

矽能直接導電嗎(矽不是金屬如何導電呢)7

好了,這一篇就到此為止,因為在這個内容快消費的時代,很少有人能對這種科普知識有耐心,如果筆者寫的太多的話,會使閱讀完成率大大下降,這樣筆者的文章推薦就會變少,希望大家理解一下。

所以把接下來的1000字留到下一篇吧。請及時關注筆者的更新。

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