半导体空穴到底怎么导电的？

shuszhao

我们熟悉的半导体材料，常用的是P、N类型的，硅(SI)中掺杂元素硼(B)，因为B三价，相对于SI的4价来说，缺少一颗电子，把这个缺失的部分叫做空穴，这类掺杂B的叫P型材料。对应的，掺杂了元素磷(P)，因为磷5价，相对于Si的4价来说，多出一颗电子，这颗电子孤零零的多出来，成为了自由电子，这类掺杂P的叫N型材料。
N型材料因为有独立的自由电子，所以很容易导电，这个大家很容易理解，但是所有的书告诉我们P型材料内的空穴也能导电，这个我们很难理解，其中的一个解释是空穴的导电本质是电子的跳动，但是看上去是空穴在导电，所以叫空穴导电。但是这个解释，还是给我们的答案是电子导电，只是相比没有答案更容易接受一些罢了。那么空穴到底如何导电的？

这段时间我都在看半导体方面的书，什么导带、价带、禁带，概念很多，忍着头皮耐心的看下去，终于把长期困扰在心中的空穴导电概念理解了一番，但不敢说就是对的，先把自己理解的一点给大家分享一下，先看下图的一些基本概念：



如上图，材料中的电子根据能量大小分为三个部分，因为这个部分是一个区域，所以用“带”表示，类似频率的频带概念一样。比较常见的分为价带、导带和禁带三级，能量最低的是价带，当价带中的电子获得能量，就会越过禁带跳到导带中去。注意，禁带是不允许电子存在的，这个是量子理论决定的，也就是电子的能级，只能在有限的几个能级分布，而不是连续的。

金属导体最外层的电子很活泼，为自由电子，常温下获得能量跳到了导带中，所以会导电。绝缘体没有自由电子，所以在导带中没有电子，所以无法导电。对于半导体来说，掺杂5价磷的N型材料，因为多出一个电子，这个电子成为自由电子进入导带，所以就可以导电，这个很好理解，那么空穴型的呢？空穴型的在导带中没有自由电子，所以不存在导带中的导电特性。这是特别注意的。

既然空穴型材料没有导带中的自由电子导电，那么空穴如何导电呢，所以肯定不是导带导电，但是空穴的本质还是电子导电，只是这个电子不是来自于导带中的电子，而是来自于价带中的电子，这是问题的核心。

P型材料中有大量的低能量的空穴，而空穴周边有更多的价带电子，若这些电子只要获得少量的能量，这个能量达到价带的顶端、禁带的低端，它就可能跳到周边的空穴中，而不需要跳到导带中去(它也跳不过去)，当外电场加入时，这个空穴就开始移动，所以成为空穴导电。

理解了这些我们就明白了，P型材料是价带中电子导电，等效于空穴导电，N型材料是导带中电子导电，也就是电子导电。

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