半導體
摻雜
/ DOH-ping /
設想一群規規矩矩的人,兩兩手拉著手,誰都動不了。現在換進幾個手多一隻、或手少一隻的人。一下子就出現了空著的手和空缺,人群便能挪動了。摻雜對半導體晶體所做的,正是這件事的化學版。
摻雜指的是有意地往原本純淨的半導體裡,加入極微量而又精確的外來元素。把偶爾一個矽原子換成一個外層電子多一顆的原子,那顆多出來的電子便能自由游走、傳導電流;這種雜質叫做施體。換成外層電子少一顆的原子,它則留下一個空著的鍵——一個空穴——這空穴也會移動;這一類叫做受體。用量極小,往往每百萬個原子才摻一個外來原子,卻能把導電能力改變上百萬倍。
摻雜是整個半導體產業的總控制旋鈕——正是靠它,矽這樣單一的材料才變成了二極體、晶體管、太陽能電池或發光器件。誠實的提醒是:它必須被極其精密地控制,摻多了、摻少了或位置不對,都會毀掉器件,這也是為什麼晶片製造要在超淨間裡以原子級的精度進行。
每一百萬個矽原子摻入大約一個磷原子,就能把矽的導電能力提升約一百萬倍。磷比矽多帶一顆外層電子,而成鍵並不需要它,於是這顆電子被釋放出來去傳導電流。
微量的磷,就能把近乎絕緣的矽變成有用的導體。
摻雜不會讓晶體整體帶電——施體或受體原子本身是中性的,它只是提供一個能移動的載流子,而原子自己仍固定在晶格裡。
又稱
另見