作者Schottky (顺风相送)
看板Electronics
标题Re: [问题] 半导体掺杂与电子电洞问题
时间Sat Aug 16 12:00:06 2014
※ 引述《cpyi (cpyi)》之铭言:
: 最近在学习半导体的知识,部分原理不是很清楚,
: 我的理解是因为半导体晶体结构的关系,所以能带
: 会形成价带与传导带。其中有些价带的电子会到传
: 导带上面,所以形成传导带上面的电子,以及价带
: 上的电洞,因为价带与传导带上面的能阶都很密集
: ,仅需一点电场就可以让载子移动,所以可以形成
: 导电的现象。
: 我的问题在於掺杂的半导体,比如掺杂 5价原子,
: 该原子的电子会游离,一般书上就说该电子就会增
: 加传导带上面的电子,不过这个多出来的电子不是
: 也可以到价带上吗?这样变成是让价带的载子变少
: ,为什麽不考虑这个情况?
价带主要是讲最外壳层的 S 轨和 P 轨,总共可容纳八个电子,
刚好全空或全填满时是最稳定的状态,
所以只有一个电子时,这个电子的游离能相当小,容易逃逸到传导带,
填了七个电子时,倾向於再捕捉一个自由电子来填满八仙桌。
4A 元素和隔壁的各原子是以共价键的形式结合(至少我们探讨的晶型是这样),
矽和隔壁的矽共用电子,我出一个你出一个,就有电子对可以填轨域了,
所以四价元素形成的半导体大致上外壳层是用四对电子对填到满的,
它的电阻几乎是接近绝缘体,说是「半导体」有点抬举它了。
但是搀杂少量 5A 元素时,这些 5A 元素和隔壁共用电子时,不管用什麽方法
配对,只要容纳在 4A 的晶格中,就是会多出一个电子没办法配对,
所以这个电子的游离能低,倾向於找到藉口就离家出走变成自由电子,
由於外壳层的 SP 轨都填满了,D 以上轨域需要的能量更高,等於是无家可归,
所以这个电子不容易留在价带,而是以自由电子的形式留在传导带,
让搀杂 5A 的半导体导电度大幅上升...
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1F:推 cpyi: 解说得很清楚 谢谢 08/17 09:10
2F:推 cpyi: 不过我本来是想从能带的观点下手 08/17 09:18
3F:推 cpyi: 配合你的说法 变成因为价带都填满的 所以填导带 08/17 09:21
4F:→ cpyi: 也蛮合理的 08/17 09:21
5F:→ cpyi: 不过在非绝对零度的情况中 价带是没有填满的 08/17 09:22
6F:→ cpyi: 如果依照Fermi Dirac来分布 多出来的电子 08/17 09:23
7F:→ cpyi: 还是比较可能在价带 08/17 09:23
8F:→ cpyi: 或许我的盲点在於Fermi Dirac在底层能阶都几乎填满时 08/17 09:25
9F:→ cpyi: 在多一个电子 会有什麽现象 还是觉得不是很清楚 08/17 09:26
10F:→ yw1002: 原po问题关键在Bloch state和Mottness间的相变 08/18 15:14
11F:→ yw1002: 也就是metal insulator transition 08/18 15:14
12F:→ yw1002: 从Bloch wave的观点来说 能阶是周期性的位能井造成 08/18 15:15
13F:→ yw1002: 但是有时候局部电子密度太大 位能无法克服简并压於是形成 08/18 15:16
14F:→ yw1002: 磁性强关联 08/18 15:16