摻雜（doping）

摻雜是一門藉由「刻意汙染」來掌控半導體的藝術。加入幾個雜質原子——有時每一百萬個主原子才一個——你就能把一塊近乎絕緣的晶體變成乖巧的導體，並隨心所欲地決定它的電流是由帶負電的電子還是帶正電的電洞來攜帶。這種刻意而精微受控的「下毒」，正是使整個半導體電子學成為可能的那個旋鈕。

摻雜有兩種。施體雜質（donor），例如矽中的磷，比它所取代的原子多一個價電子；那個多出來的電子坐落在導帶正下方的一個淺能階，很容易被釋放出來，增添可動電子，使材料成為 n 型，以電子為多數載子。受體雜質（acceptor），例如硼，少一個價電子；它在價帶正上方製造一個能階，很容易捕獲一個電子，留下一個可動電洞，使材料成為 p 型，以電洞為多數載子。以能帶的語言說，摻雜移動了費米能階——n 型向上朝導帶靠近，p 型向下朝價帶靠近。在外質區（extrinsic regime），載子密度由摻雜濃度決定，幾乎與溫度無關。

摻雜正是把半導體變成元件的關鍵：把一塊 p 型與一塊 n 型接合便成 p-n 接面（二極體），把摻雜區堆疊起來便成電晶體。關於命名有一點須誠實說明：n 與 p 這兩個標籤只指多數載子的正負號，並非指任何淨電荷；摻雜後的晶體整體上仍維持電中性，因為每一個被貢獻出的電子或電洞，都被一個固定的、帶相反電荷的離子化摻雜原子所平衡。