載流子

在本徵半導體中只發生熱激發時，電子數目等於空穴數目，這時熱平衡載流子濃度為

式中m0為電子質量，kg;mn*為電子有效質量,kg; mp*為空穴有效質量，kg;k為玻耳茲曼常數，J/K;Eg為禁帶寬度，eV;ni為本徵載流子濃度，cm-3;T為絕對溫度，K。

對於雜質半導體,N型半導體中的電子和P型半導體中的空穴稱為多數載流子（簡稱多子），而N型半導體中的空穴和P型半導體中的電子稱為少數載流子（簡稱少子）。在強電離的情況下，N型半導體中多子濃度nn及少子濃度pn分別為

P型半導體中多子濃度pp及少子濃度np分別為

上二式中ND為施主雜質濃度，cm-3;NA為受主雜質濃度，cm-3。

如果對半導體施加外界作用（如用光的或電的方法），破壞了熱平衡條件，使半導體處於與熱平衡狀態相偏離的狀態，則稱為非平衡狀態。處於非平衡狀態的半導體，其載流子比平衡狀態時多出來的那一部分載流子稱為非平衡載流子。在N型半導體中，把非平衡電子稱為非平衡多數載流子，非平衡空穴稱為非平衡少數載流子。對P型半導體則相反。在半導體器件中，非平衡少數載流子往往起著重要的作用。

載流子，是承載電荷的、能夠自由移動以形成電流的物質粒子。半導體的性質跟導體和絕緣體不同，是因為其能帶結構不同；而半導體的導電能力可以控制，主要是因為其載流子的種類和數量與導體和絕緣體不同，並且可以受到控制，其調節手段就是“摻雜”，即往純凈的半導體中摻入雜質，來改變其載流子數量、分佈和運動趨勢，從而改變整體導電性能。

絕緣體和金屬導體的載流子是電子，而半導體除了電子外，還有一種載流子叫空穴。另外還有正離子、負離子也都帶有電荷，但是在半導體中，它們一般不會流動，所以認為半導體的載流子就是電子和空穴這兩種。

電子作為載流子容易理解，因為物質中的原子是由原子核和電子組成的，在一定條件下掙脫原子核束縛的自由電子可以運動，因而產生電流。而所謂空穴，就是由於電子的缺失而留下的空位。這就好像車與車位的關係，假設有一排共5個車位，從左邊開始按順序停了4輛車，最右邊有1個空位，如果最左邊的車開到最右邊的空位上去，那麼最左邊的車位就空出來了。看起來好像是空位從右邊到了左邊，這是一種相對運動，車從左到右的移動，相當於空位從右到左的移動。同樣道理，帶負電的電子的運動，可看作是帶正電的空穴的反方向運動。在沒有雜質的純凈半導體中，受熱激發產生的移動的電子數量和空穴數量是相等的，因為帶負電的電子和帶正電的空穴會進行複合，在數量大致相等的情況下，“產生”和“複合”會達到一個動態平衡，這樣宏觀上看來並沒有產生有效電流。為了改善其導電性能，就引入了摻雜手段。

對集成電路來說，最重要的半導體材料是硅。硅原子有4個價電子，它們位於以原子核為中心的四面體的4個頂角上。這些價電子會與其他硅原子的價電子結合成共價鍵，大量的硅原子以這種方式互相結合，形成結構規律的晶體。如果給它加入砷（或磷），砷最外層有5個電子，其中4個電子也會跟硅原子的4個價電子結合成共價鍵，把砷原子固定在硅材料的晶格中。此時會多出1個自由電子，這個電子躍遷至導帶所需的能量較低，容易在硅晶格中移動，從而產生電流。這種摻入了能提供多餘電子的雜質而獲得導電能力的半導體稱為N型半導體，“N”為Negative，代錶帶負電荷的意思。如果我們在純硅中摻入硼（B），如下圖，因為硼的價電子只有3個，要跟硅原子的4個價電子結

合成共價鍵，就需要吸引另外的1個電子過來，這樣就會形成一個空穴，作為額外引入的載流子，提供導電能力。這種摻入可提供空穴的雜質后的半導體，叫做P型半導體，“P”是Positive，代錶帶來正電荷的意思。

需要注意的是，摻入雜質后的半導體中仍然同時具有電子和空穴這兩種載流子，只是各自數量不同。在N型半導體中，電子（帶負電荷）居多，叫多數載流子，空穴（帶正電荷）叫少數載流子。在P型半導體中，則反之：空穴為多數載流子，電子為少數載流子；可以分別簡稱為“多子”、“少子”。