[科普中国]-施主杂质

为了控制半导体的性质可以人为地掺入某种化学元素的原子，掺入杂质元素与半导体材料价电子的不同而产生的多余价电子会挣脱束缚，成为导电的自由电子，杂质电离后形成正电中心，称这些掺入的元素为施主杂质。

掺杂方式以半导体材料硅为例，杂质原子进入半导体硅后，只可能以两种方式存在。一种方式是杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，常称为间隙式杂质；另一种方式是杂质原子去掉晶格原子而位于晶格格点处，常称为替位式杂质。1

掺杂原理以硅中掺杂磷（P）为例，一个磷原子占据了硅原子的位置，磷原子有5个价电子，其中4个价电子与周围的4个硅原子形成共价键，还剩余一个价电子。同时磷原子所在处也多余一个正电荷+q（硅原子去掉价电子有正电荷4q，磷原子去掉价电子有正电荷5q），称这个正电荷为正电中心磷离子（P+）。所以磷原子替代硅原子后，其效果是形成一个正电荷中心P+ 和一个多余的价电子。这个多余的价电子就束缚在正电中心P+的周围。但是，这种束缚作用比共价键的束缚作用弱得多，只要很少的能量就可以使它挣脱束缚，成为导电电子在晶格中自由运动。1

掺杂结果在纯净半导体中掺入施主杂质，杂质电离以后，导带中的导电电子增多．增强了半导体的导电能力。通常把主要依靠导带电子导电的半导体称为电子型或n型半导体。1

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韩拯 - 研究员 - 中国科学院金属研究所