n 型半導體與 p 型半導體的差異:摻雜物、多數載子、費米能階、遷移率比較
n 型半導體是在矽中加入磷或砷等 V 族雜質(施體),以多出的電子作為多數載子。p 型半導體是加入硼等 III 族雜質(受體),以電子不足所形成的電洞作為多數載子。費米能階在 n 型中偏向導帶側,在 p 型中偏向價帶側。在矽中,電子的遷移率約為電洞的 2 至 3 倍,因此在相同雜質濃度下,n 型的電阻率較低。
| 項目 | n 型 | p 型 |
|---|---|---|
| 添加的雜質(矽) | V 族的磷(P)、砷(As)、銻(Sb) | III 族的硼(B)。另有銦等 |
| 雜質的名稱與作用 | 施體。提供 1 個電子 | 受體。接受 1 個電子,在價帶中產生電洞 |
| 離子化雜質的電荷 | 正。固定在晶格中不會移動 | 負。固定在晶格中不會移動 |
| 雜質能階(矽) | 距導帶底部約 0.045 eV(磷)、約 0.054 eV(砷) | 距價帶頂端約 0.045 eV(硼) |
| 多數載子/少數載子 | 電子/電洞 | 電洞/電子 |
| 載子密度(完全離子化時) | n ≈ ND,p = ni² / ND | p ≈ NA,n = ni² / NA |
| 費米能階 | 比本質費米能階更靠導帶側。濃度越高越接近導帶 | 比本質費米能階更靠價帶側。濃度越高越接近價帶 |
| 多數載子的遷移率(低濃度矽,參考值) | 電子約 1400 cm²/V·s | 電洞約 450 cm²/V·s |
| 相同濃度下的電阻率 | 低 | 約為 n 型的 2 至 3 倍 |
| 在 CMOS 中的使用位置 | nMOS 的源極、汲極,製作 pMOS 的 n 井 | pMOS 的源極、汲極,製作 nMOS 的 p 井。CMOS 用的矽晶圓多為 p 型 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。