为什么掺杂会是金属性变为半导体

Question

如题所述

Answer 1

自界物质按导电能力导体、绝缘体半导体三类半导体材料指室温导电性介于导电材料绝缘材料间类功能材料靠电空穴两种载流实现导电室温电阻率般10-5～107欧·米间通电阻率随温度升高增；若掺入性杂质或用光、射线辐照使其电阻率几数量级变化1906制碳化硅检波器

1947发明晶体管半导体材料作独立材料领域发展并电工业高技术领域缺少材料特性参数半导体材料导电性某些微量杂质极敏纯度高半导体材料称本征半导体温其电阻率高电良导体高纯半导体材料掺入适杂质由于杂质原提供导电载流使材料电阻率降低种掺杂半导体称杂质半导体杂质半导体靠导带电导电称N型半导体靠价带空穴导电称P型半导体

同类型半导体间接触（构PN结）或半导体与金属接触电（或空穴）浓度差产扩散接触处形位垒类接触具单向导电性利用PN结单向导电性制具同功能半导体器件二极管、三极管、晶闸管等

外半导体材料导电性外界条件（热、光、电、磁等素）变化非敏据制造各种敏元件用于信息转换半导体材料特性参数禁带宽度、电阻率、载流迁移率、非平衡载流寿命位错密度禁带宽度由半导体电态、原组态决定反映组种材料原价电束缚状态激发自由状态所需能量电阻率、载流迁移率反映材料导电能力非平衡载流寿命反映半导体材料外界作用（光或电场）内部载流由非平衡状态向平衡状态渡弛豫特性位错晶体见类缺陷位错密度用衡量半导体单晶材料晶格完整性程度于非晶态半导体材料则没参数半导体材料特性参数仅能反映半导体材料与其非半导体材料间差别更重要能反映各种半导体材料间甚至同种材料同情况其特性量值差别

半导体材料种类

用半导体材料元素半导体化合物半导体元素半导体由单元素制半导体材料主要硅、锗、硒等硅、锗应用广化合物半导体二元系、三元系、元系机化合物半导体二元系化合物半导体Ⅲ-Ⅴ族（砷化镓、磷化镓、磷化铟等）、Ⅱ-Ⅵ族（硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等）、Ⅳ-Ⅵ族（硫化铅、硒化铅等）、Ⅳ-Ⅳ族（碳化硅）化合物三元系元系化合物半导体主要三元元固溶体镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等机化合物半导体萘、蒽、聚丙烯腈等处于研究阶段

外非晶态液态半导体材料类半导体与晶态半导体区别具严格周期性排列晶体结构制备同半导体器件半导体材料同形态要求包括单晶切片、磨片、抛光片、薄膜等半导体材料同形态要求应同加工工艺用半导体材料制备工艺提纯、单晶制备薄膜外延

所半导体材料都需要原料进行提纯要求纯度69高达119提纯两类类改变材料化组进行提纯称物理提纯；另类元素先变化合物进行提纯再提纯化合物原元素称化提纯物理提纯真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等使用区域精制化提纯主要电解、络合、萃娶精馏等使用精馏

由于每种都定局限性使用几种提纯相结合工艺流程获合格材料绝数半导体器件单晶片或单晶片衬底外延片作批量半导体单晶都用熔体制直拉应用广80％硅单晶、部锗单晶锑化铟单晶用产其硅单晶直径已达300毫米熔体通入磁场直拉称磁控拉晶用已产高均匀性硅单晶坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直拉用拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等解压较单晶悬浮区熔熔体与容器接触用高纯硅单晶

水平区熔用产锗单晶水平定向结晶主要用于制备砷化镓单晶垂直定向结晶用于制备碲化镉、砷化镓用各种产体单晶再经晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部工序提供相应晶片单晶衬底单晶薄膜称外延外延气相、液相、固相、束外延等

工业产使用主要化气相外延其液相外延金属机化合物气相外延束外延则用于制备量阱及超晶格等微结构非晶、微晶、晶薄膜玻璃、陶瓷、金属等衬底用同类型化气相沉积、磁控溅射等制

半导体绝缘体间差异主要自两者能带（band）宽度同绝缘体能带比半导体宽意即绝缘体价带载必须获比半导体更高能量才能跳能带进入传导带室温半导体导电性绝缘体极少数载具足够能量进入传导带于相同电场纯质半导体（intrinsicsemiconductor）绝缘体类似电特性半导体能带宽度于绝缘体意味著半导体导电性更容易受控制改变

纯质半导体电气特性藉由植入杂质程永久改变程通称掺杂（doping）依照掺杂所使用杂质同掺杂半导体原周围能电或电洞让半导体材料导电特性变与原本同掺杂进入半导体杂质浓度够高半导体能表现同金属导体般电性掺杂同极性杂质半导体接面处内建电场（built-inelectricfield）内建电场许半导体元件操作原理息息相关

除藉由掺杂程永久改变电性外半导体亦施加于其电场改变态变化半导体材料特性适合用作电路元件例晶体管晶体管属于主式（源）半导体元件（activesemiconductordevices）主元件式（源）半导体元件（passivesemiconductordevices）电阻器（resistor）或电容器（capacitor）组合起用设计各式各集电路产品例微处理器

电传导带掉价带减少能量能光形式释放种程制造发光二极管（light-emittingdiode,LED）及半导体激光（semiconductorlaser）基础商业应用都举足轻重位相反半导体吸收光透光电效应激发价带电产电讯号即光探测器（photodetector）源光纤通讯（fiber-opticcommunications）或太阳能电池（solarcell）领域重要元件

半导体能单元素组例硅两种或种元素化合物（compound）见化合物半导体砷化镓（galliumarsenide,GaAs）或磷化铝铟镓（aluminiumgalliumindiumphosphide,AlGaInP）等合金（alloy）半导体材料源锗硅（silicongermanium,SiGe）或砷化镓铝（aluminiumgalliumarsenide,AlGaAs）等

Answer 2

掺杂在一般能浓度下对载流子的迁移率影响不大,主要是通过增加杂质载流子浓度改变电导率.只有在重掺杂时才会是迁移率下降,不过载流子浓度增加的更多一些,总体使电导率升高.
温度的影响对于本征半导体主要是是迁移率下降,影响电导率.（但是对于掺杂半导体比较麻烦对于迁移率和载流子都会有影响）
光照激发则是产生光生非平衡载流子,改变载流子浓度产生附加电导.（但其迁移率基本不变）本回答被提问者采纳