太阳能电池培训手册

 

 

__________________________________________________________________ 

 
 

3

1.1.2.2 本征半导体、掺杂半导体 

 
图 2.2 所示的能带结构中，当禁带宽度 Eg 比较小的情况下，随着温度上升，从价带

跃迁到导带的电子数增多，同时在价带产生同样数目的空穴。这个过程叫电子—空穴对的产
生，把在室温条件下能进行这样成对的产生并具有一定电导率的半导体叫本征半导体，它只
能在极纯的材料情况下得到的。而通常情况下，由于半导体内含有杂质或存在品格缺陷，作
为自由载流子的电子或空穴中任意一方增多，就成为掺杂半导体。存在多余电子的称为 n
型半导体，存在多余空穴的称为 P 型半导体。 

 
杂质原子可通过两种方式掺入晶体结构：它们可以挤在基质晶体原子间的位置上，这

种情况称它们为间隙杂质；另一种方式是，它们可以替换基质晶体的原子，保持晶体结构中
的有规律的原子排列，这种情况下，它们被称为替位杂质。 

 
周期表中Ⅲ族和 V 族原子在硅中充当替位杂质，图 2.3 示出一个 V 族杂质（如磷）替

换了一个硅原子的部分晶格。四个价电子与周围的硅原子组成共价键，但第五个却处于不同
的情况，它不在共价键内，因此不在价带内，它被束缚于 V 族原子，所 

图 2.3 一个 V 族原子替代了一个硅原子的部分硅晶格 

以不能穿过晶格自由运动，因此它也不在导带内。可以预期，与束缚在共价键内的自由电子
相比，释放这个多余电子只须较小的能量，比硅的带隙能量 1.1eV 小得多。自由电子位于导
带中，因此束缚于 V 族原子的多余电子位于低于导带底的能量为 E

'

的地方，如图（格 P28

图 2.13(a）所示那样。这就在“禁止的”晶隙中安置了一个允许的能级，Ⅲ 族杂质的分析
与此类似。例如，把 V 族元素（Sb,As,P）作为杂质掺入单元素半导体硅单晶中时，这 

图 2.4  

（a） V 族替位杂质在禁带中引入的允许能级           （b）Ⅲ族杂质的对应能态 

些杂质替代硅原子的位置进入晶格点。它的 5 个价电子除与相邻的硅原子形成共价键外，还
多余 1 个价电子，与共价键相比，这个剩余价电子极松弛地结合于杂质原子。因此，只要杂
质原子得到很小的能量，就可以释放出电子形成自由电子，而本身变成 1 价正离子，但因受
晶格点阵的束缚，它不能运动。这种情况下，形成电子过剩的 n 型半导体。这类可以向半导
体提供自由电子的杂质称为施主杂质。其能带结构如图 2.5 所示。在 n 型半导体中，除存在