對半導體的深入理解無疑會對我們的生活產生深遠的影響，尤其是面對任何涉及計算機或無線電波的電子設備。這其中的核心往往是硅，因此眾多科技巨頭會聚集在以硅為名的硅谷。為什么硅會被廣泛應用在半導體中？答案源于它的豐富儲量和理想的電子結構使其能輕松形成晶體，為電子設備的構建奠定基礎。

然而，通過對硅進行摻雜，我們可以制造出兩種不同類型的半導體—— N 型和 P 型半導體。

理解 P 型和 N 型半導體

半導體如硅的摻雜是一種特意在純半導體中引入雜質的過程，其目的是調節半導體的電性、光性和結構性質。當半導體經過摻雜，就從本征半導體轉變為了外延半導體。

在硅的摻雜過程中，有兩類雜質：一種是 N 類，另一種是 P 類。在 N 型摻雜中，硅中添加微量的砷或磷，這兩種元素都擁有五個外層電子，進入硅的晶體結構后，由于第五個電子沒有形成鍵，多余的第五個電子會變得可以自由移動，滿足電流通過硅的需求。在 P 型摻雜中，通過使用硼或鎵作為摻雜劑，它們每個都只有三個外層電子，混入硅晶格后，就形成了硅原子的價帶上的“空洞”。這就意味著，電子在價帶上變得可移動，又由于摻雜劑固定在晶格中，當電子移動時，同時也有空洞以相反的方向移動。正是此種特性，我們把這類半導體稱為“ P 類”。

區別 N 型和 P 型半導體

最關鍵的區別在于，N 型硅中，電子攜帶負電荷，因此稱為 N 型，而在 P 類硅中，它是通過電子的缺失來營造出正電荷效果，因此稱為 P 型。P 型和 N 型半導體都屬于外延半導體。

N 型和 P 型摻雜之間的核心差異在于電子通過半導體沉積層的方向。雖然 N 型和 P 型硅都是良好的電導體，但其實其導電性并不優秀。

在 N 型摻雜中，少量的砷或磷被加入到硅中。這兩種元素在外軌道的電子數都是5，所以當它們進入硅的晶體結構時不會顯得突兀。由于第五個電子沒有形成鍵，所以便于移動，這樣就使電流可以通過硅流動。

在 P 型摻雜中，硼或鎵被用作摻雜劑。這些元素的外軌道中都有三個電子。當它們與硅晶格混合時，它們在硅原子的價帶中形成“孔”。這意味著價帶中的電子變得可移動，而孔則與電子的運動方向相反。由于摻雜劑固定在晶格中，只有正電荷可以移動。正因為如此，這些半導體被稱為“P型”（或“P向導性”或“P摻雜”）。

使用 N 型和 P 型硅

利用二極管，我們可以看到當 N 型和 P 型硅放在一起時，結合處會表現出有趣的行為。二極管允許電流只能在一個方向上流動，就像足球場的單向旋轉門一樣。

總的來說，物質世界中的一切皆源于 P-N 結的性質。N 型硅中有額外的電子，而 P 類一側的原子需要電子，因此電子通常會遷移過去。這些電子與空穴相結合，互相抵消，形成一個中性的無電荷流動的“耗盡區”。

然而，耗盡區兩側的原子都處于亢奮狀態，希望獲得電子／擺脫空洞以變得中性。但由于它們位于無電荷流動的耗盡區，它們無法實現這一目標，從而導致了電荷的堆積，形成了阻擋電流通過的屏障。