[科普中國(guó)]-受主

定義

摻入半導(dǎo)體中的一類雜質(zhì)或缺陷，它能接受半導(dǎo)體中的價(jià)帶電子，產(chǎn)生同數(shù)量的空穴，從而改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能.例如，摻入半導(dǎo)體鍺和硅中的三價(jià)元素硼、鎵等原子都是受主.如果某一半導(dǎo)體的雜質(zhì)總量中，受主的數(shù)量占多數(shù)，則這半導(dǎo)體是P型半導(dǎo)體.，這種雜質(zhì)或缺陷叫做受主**。1**

受主能級(jí)價(jià)帶中的電子如獲得一定能量，可以跳到受主能級(jí)上，同時(shí)價(jià)帶中出現(xiàn)一個(gè)空穴。這一過程也可以理解為：束縛在受主能級(jí)上的空穴獲得一定能量后進(jìn)入價(jià)帶，成為自由空穴，這一能量叫做空穴的電主取勝。電離能小的受主能級(jí)是淺受主能級(jí)，電離能大的是深受主能級(jí)。

在能級(jí)圖上空穴能量是向下增加的，受主能級(jí)在價(jià)帶頂上方。硼、鋁、銦、鎵是鍺、硅中的淺受主能級(jí)雜質(zhì)。硼、鋁、銦、鎵也稱為鍺、硅中的P型雜質(zhì)。深能級(jí)受主可能成為電子陷阱或復(fù)合中心。

質(zhì)或缺陷為什么會(huì)形成受主能級(jí)，其情況是很復(fù)雜的。 不同材料、不同雜質(zhì)產(chǎn)生受主能級(jí)的原因可以很不相同. 與施主一樣，一種最簡(jiǎn)單的也是實(shí)際上最重要的受主雜質(zhì)是類氫雜質(zhì). 在鍺、硅、Ⅲ-V族化合物等重要的半導(dǎo)體材料中加入少一個(gè)價(jià)電子的元素(如在鍺、硅中加入硼、鋁、鎵;在Ⅲ-Ⅴ族化合物中加入Ⅱ族元素代替原來的Ⅲ族原子)，它們成為受主.。

以硅為例，硅是Ⅳ族元素，有四個(gè)價(jià)電子，與四個(gè)近鄰原子形成四個(gè)共價(jià)鍵. 假如有Ⅲ族元素原子，例如硼原子替代一個(gè)硅原子，只有三個(gè)價(jià)電子的硼原子必須從附近的硅原子獲得一個(gè)多出的價(jià)電子，自己變成-1價(jià)的負(fù)離子，同時(shí)在價(jià)帶中形成一個(gè)空穴、這個(gè)空穴可以為雜質(zhì)的負(fù)電荷所束縛，亦正如同氫原子的情形，只是正負(fù)電荷對(duì)調(diào)了.這樣一個(gè)束縛的空穴相當(dāng)于圖中所示的受主能級(jí)，位于價(jià)帶頂之上，這是因?yàn)?，空穴電離意味著產(chǎn)生一個(gè)在價(jià)帶中自由運(yùn)動(dòng)的空穴，在能帶中這相當(dāng)于需要能量εD才能使價(jià)帶頂一個(gè)電子激發(fā)到受主能級(jí)而在價(jià)帶頂留下一個(gè)自由空穴.電離能一般是百分之幾電子伏的數(shù)量級(jí).電離能遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體禁帶寬度的受主又稱為淺能級(jí)受主。

相關(guān)知識(shí)在制備PTC陶瓷材料時(shí)，加入少量鐵、錳、銅等離子作為受主摻雜物，可以改善PTC陶瓷的性能。在燒結(jié)時(shí)，由于燒結(jié)助劑的影響，這些受主摻雜物部分進(jìn)入晶格，大部分在晶界偏析。偏析在晶界上的受主摻雜離子可以捕獲導(dǎo)電電子，從而使晶界勢(shì)全升高，材料的升阻比增大。但受主摻雜物摻雜量繼續(xù)增加，受主離子將進(jìn)入晶格補(bǔ)償施主離子，參與導(dǎo)電的電子減少，材料室溫電阻率逐漸增大，升阻比受此影響會(huì)減小。如何控制好受主摻雜物的摻雜量，獲得理想的低室溫電阻率高升阻比的材料是實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)。2