N型与P型半导体的区别

材料被归类为半导体，其电导率高于绝缘体，但低于导体。换句话说，如果一种物质最外层有4个电子，它就被认为是半导体。本征半导体和外延半导体是半导体材料的两个基本类别。

外延半导体也可分为两类

• P型半导体
• N型半导体

在本文中，我们将通过考虑杂质类型、掺杂类型、多数载流子、载流子密度、费米能级等几个变量来比较P型和N型半导体。但在此之前，让我们先定义两种半导体，然后再深入探讨它们之间的具体区别。

描述半导体

半导体是一种通常是固体元素或化合物的材料，在某些条件下可以导电并具有某些电气特性。因此，它非常适合调节电子产品和电器中的电流。任何具有导电能力的材料都被称为导体，而没有这种能力的材料则称为绝缘体。半导体的特性介于导体和绝缘体之间。

用于制造半导体，可以使用砷化镓或硒化镉等材料，以及硅或锗等纯元素。掺杂是一种通过引入少量杂质来显著改变纯半导体电导率的技术。因此，引入半导体的掺杂剂或杂质决定了其特殊特性。

金属和其他导体材料理论上具有价带和导带重叠的能带结构，这使得金属容易导电。另一方面，绝缘体价带和导带之间的能隙相对较大，使得电子难以进入导带。

相比之下，半导体中价带和导带之间的空间非常窄。在升高的温度下，电子可以有效地从价带跃迁到导带。一旦电子成功进入导带，半导体就可以导电。

与导体不同，半导体的载流子仅由外部热能产生。它导致一定数量的价电子越过能垒并进入导带，在其后留下数量相当的空穴。电子和空穴引起的导电性都很显著。

半导体的特性

• 在零开尔文时，半导体类似于绝缘体。另一方面，当温度升高时，它们充当导体。
• 由于其独特的电气特性，对半导体进行掺杂可以生产出适用于能量转换、开关和放大器的半导体器件。
• 它们提供的功率损耗较少
• 它们的体积更小、更轻。
• 半导体材料的电阻随温度升高而降低，随温度降低而升高。

不同类型的半导体

1. 本征半导体

由纯半导体材料组成的半导体称为本征半导体。

由于它具有相对少量的载流子——即空穴和电子——并且它们以相等的量存在，因此它的电导率非常低。因此，本征半导体也可以描述为具有相等数量的导电电子和空穴。

最常见的本征半导体材料是锗 (Ge) 和硅 (Si)，它们都具有四个价电子（四价），并且在绝对零度下与其原子共价键合。

当温度升高时，由于只有少量电子被释放以穿过晶格流动，因此在其原始位置出现一个带正电的空穴。这些自由电子和空穴有助于半导体导电。在价带和导带中，空穴和电子以相反的方向移动以产生半导体电流。

2. 外延半导体

已掺杂有特定杂质从而改变其电特性的半导体称为外延半导体。当本征半导体被掺杂有少量称为掺杂剂的化学杂质时，就会产生它们。这增加了电导率，使材料适用于光电子应用，如发光器和探测器，以及电子应用，如二极管和晶体管。外延半导体也分为N型和P型半导体。

P型半导体

当向纯半导体中引入少量三价（三个价电子）杂质（如镓或铟）时，会产生大量空穴，从而形成P型半导体。这些产生P型的杂质被称为受主，因为它们每个原子都产生一个可以接受单个成键电子的空穴。杂质的三个价电子与半导体的四个价电子中的三个结合，从而形成一个带正电荷的空穴。由于电子短缺无法完成共价键，因此这个空穴也称为空穴。

它被称为P型半导体，其中 P 代表正，因为少量杂质包含大量原子，导致数百万个空穴，这些空穴是半导体的正电荷载流子。

在这种半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。由于空穴的密度大于电子，受主能级通常更靠近价带。

N型半导体

N型半导体是一种外延半导体，据说在其内部添加了五价（含有五个价电子）杂质元素。向N型半导体中添加五价杂质或掺杂元素以增加导电所需的电子数量。

五价杂质包括磷、砷和锑等。为了保持本征基半导体的晶体完整性，向N型半导体中添加的杂质非常少。五价杂质原子与四个硅原子形成共价键，只留下一个自由电子。给体杂质，如五价杂质，之所以得名，是因为它们的每个原子都为N型半导体提供一个电子。因此，N型半导体比空穴拥有更多的电子。

在N型半导体中，五价杂质导致大量弱结合的电子占据晶格结构。当施加足够的电压时，这些电子会聚集能量，离开价带，越过禁带并进入导带。因此，价带会产生相对少量的空穴。随着越来越多的电子进入导带，费米能级——电子在绝对零度下可以占据的最高能量水平——会更接近导带。

P型和N型半导体的区别

当施加足够的电压时，电子会聚集能量，离开价带，越过禁带并进入导带。为了更好地理解P型和N型半导体之间的区别，还会考虑其他因素。这些因素包括电子和空穴的密度、能级和费米能级、多数载流子的迁移方向等。区别如下所示

• N型半导体之所以得名，是因为其内部的电子带有负电荷，这是它们之间的主要区别。而在P型半导体中，电子的缺失导致了正电荷的产生，因此称为P型。
• 在P型半导体中，引入了周期表III族的元素作为掺杂元素，而在N型半导体中，引入了V族的元素作为掺杂元素。
• 在N型半导体中，电子是载流子的大部分，而空穴是少数。
  
• 在N型半导体中，电子密度远大于空穴密度，即 ne>> nh，而在P型半导体中，空穴密度远大于电子密度，即 nh >> ne。
• N型半导体中的给体能级距离价带很远，靠近导带。P型半导体中的受主能级距离导带很远，靠近价带。
• 引入P型半导体的杂质会产生额外的空穴，称为受主原子；而引入N型半导体的杂质会产生额外的电子，称为给体原子。

P型和N型半导体之间的区别

结论

P型和N型半导体都属于外延半导体。两者之间的主要区别在于，当向纯半导体中添加磷等五价杂质时形成N型半导体，而当向纯半导体中添加铝等三价杂质时形成P型半导体。