半導(dǎo)體被摻雜對(duì)結(jié)構(gòu)的影響
摻雜之后的半導(dǎo)體能帶會(huì)有所改變。依照摻雜物的不同,本質(zhì)半導(dǎo)體的能隙之間會(huì)出現(xiàn)不同的能階。施主原子會(huì)在靠近傳導(dǎo)帶的地方產(chǎn)生一個(gè)新的能階,而受主原子則是在靠近價(jià)帶的地方產(chǎn)生新的能階。假設(shè)摻雜硼原子進(jìn)入硅,則因?yàn)榕鸬哪茈A到硅的價(jià)帶之間僅有0.045電子伏特,遠(yuǎn)小于硅本身的能隙1.12電子伏特,所以在室溫下就可以使摻雜到硅里的硼原子完全解離化(ionize)。
摻雜物對(duì)于能帶結(jié)構(gòu)的另一個(gè)重大影響是改變了費(fèi)米能階的位置。在熱平衡的狀態(tài)下費(fèi)米能階依然會(huì)保持定值,這個(gè)特性會(huì)引出很多其他有用的電特性。舉例來說,一個(gè)p-n接面(p-n junction)的能帶會(huì)彎折,起因是原本p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的費(fèi)米能階位置各不相同,但是形成p-n接面后其費(fèi)米能階必須保持在同樣的高度,造成無論是p型或是n型半導(dǎo)體的傳導(dǎo)帶或價(jià)帶都會(huì)被彎曲以配合接面處的能帶差異。
上述的效應(yīng)可以用能帶圖(band diagram)來解釋,。在能帶圖里橫軸代表位置,縱軸則是能量。圖中也有費(fèi)米能階,半導(dǎo)體的本質(zhì)費(fèi)米能階(intrinsic Fermi level)通常以Ei來表示。在解釋半導(dǎo)體元件的行為時(shí),能帶圖是非常有用的工具。