n-type and p-type materials

A semiconductor material that has been subjected to the doping process is called an extrinsic material.

There are two extrinsic materials of immeasureable importance to semiconductor device fabrication: n-type and p-type materials.

n-Type Material

n-type就是有five valence electrons(pentavalent), 比如锑，砷，磷。这多出来的电子，不和共价键关联，成为一种相对free的状态。

Diffused impurities with five valence electrons are called donor atoms.

要注意的是，虽然n-type多了很多free carriers，但是始终是中性的。因为positively charged protons in the nuclei和free and orbiting charged electrons数量相等。

n-type-material

doping之后，在原来的energy level，又加了一层，这一层的电子很容易在room temperature就可以获得能量到Conduction band，原来Si material 个atoms中有一个free电子，现在是里面有一个，是原来的100,000倍。

donor-impurities-effect

p-Type Material

同理加入three valence electrons，比如硼，镓，铟。这样共价键就缺失了一个电子。

The diffused impurities with three valence electrons are called acceptor atoms.

和n-type一样，p-type也是中性。

p-type-material

Electron versus Hole Flow

当一些电子吸收了能量，打破共价键，填充到hole中，释放电子的地方就形成了hole。看起来像是电子的流动或者hole的流动。

electron-hole-flow

Majority and Minority Carriers

一半的Ge和Si，只有少数的电子获得能量打破共价键，留下holes。n-type电子远比hole多，而p-type，hole远比电子多。其实主要是参杂的一方电子或hole急剧增多。

In an n-type material the electron is called the majority carrier and the hole the minority carrier.

In a p-type material the hole is the majority carrier and the electron is the minority carrier.

majority-minority-carriers

当donor atom的第五个电子离开parent atom，这个atom就带有正电，同理，acceptor atom有电子填充到hole，就带负电。其实这里要注意的是一种动态性，也就是电子获得外部能量后“离开”的行为，这样左图就出现了和，电子比较多，所以容易获得能量而“游离”存在。同理，hole也会和电子交换，那么左图的就是由于交换得到电子而变为负，hole比较多，容易获得能量而“游离”存在。

n-type和p-type是semiconductor devices的basic building blocks，比如把它们合并在一起，就会形成p-n结，是不是很酷😊