文組也好懂的半導體 - (4)參雜與N、P型半導體

前面三篇都在講半導體是甚麼，又為什麼重要。不過前面偷偷提到的N型與P型半導體其實沒有仔細講，這裡來填坑

N型與P型半導體

如果過目不忘，就會記得第2篇提到N型MOS與P型，這其實源自N型半導體與P型半導體。

我們都知道，半導體就是一個愛導電又不太導電的東東，因為裡面的電子基本上不是很好從原子核的吸引中間抽掉。當電子因為接收到能量而逃離原子核的時候，我們會叫他自由電子，換句話說，在室溫正常環境下，導體的自由電子超多，而半導體的相對很少。

這時前面說的天才就想到，如果我加一些可以提供自由電子的添加物進去(專業術語叫做參雜，就是參了雜質的意思)，那這個半導體不就導電度會好一點了?

我們回頭看大家最愛用的半導體原料，矽(Si)，矽是一個四價的元素，所以每個矽最外面有四個電子，跟隔壁的四個矽鍵結時就會跟隔壁四個矽都共用一顆電子，滿足八隅體規則，這規則就是所有原子只要外面有八個電子就會很滿足，不會再去想跟其他人反應，就像大家都吃飽了就想睡覺不想做亂一樣，可以參考下圖最左邊

https://www.wevolver.com/article/understanding-n-type-vs-p-type-semiconductors

這時每個矽都有8顆電子，電子也穩穩的不太能脫離鍵結，自然也無法成為自由電子。可如果我今天加入一顆砷(As)，這個五價的砷天生自備5顆電子在外面，跟隔壁的矽鍵結完，有四顆跟大家共用滿足八隅體後還多一顆電子，這個電子就變成自由電子很好導電，所以我們叫他N型(negative)半導體，因為電子是帶負電，所以是negative，如中圖。

特別提醒一下，加了砷只是讓這整塊東西有自由電子，由於五價的砷加進去時原子核帶的正電與電子數量一樣多，所以整塊東西還是電中性的，只是有個自由電子容易導電而已

反之如右圖，如果我給他一顆三價的元素硼(B)，硼天生只有自備3顆電子在外面，想要共用四顆結果少一顆，這時大家都有8顆電子只有這個硼只有7顆，那就不穩定，不穩定的硼沒事就會搶隔壁的電子來滿足自己只有8顆的願望，但這樣隔壁的矽就又少一顆電子，又會去搶隔壁的....很奇妙的事情發生了，這樣電子不又會移動、又會導電了嗎? 只是導電的原因來自這個少的電子，本來是一個蘿蔔一個坑，現在好像變成坑在跑一般，因此我們就叫這個坑為電洞

電洞並不是一個真的東西，但在大家都有滿滿的電子狀況，的確我們為了好形容，看這個電洞在跑也就比較方便。而電動就因為少了電子，可視為一個帶正電的洞，因此這種叫做P型(positive)半導體

電洞的概念其實離我們真實生活比較遠，難免會不好接受，不過可以想想小學時班上每個座位都是有坐人的，有一天小明請假沒來，這位置就空出來了，然後隔壁的小王因為比較想跟小明旁邊的女生小美坐，所以就偷偷換位置了。假設老師是個臉盲，就只覺得今天的空位怎麼莫名其妙移動了，並不會覺得是小王偷換位了。這些小學生就是電子，而坐位就是電洞，這樣可能比較好想像一點，總之大家只是想要好好表達事情而做的抽換視角誕生的詞語。