mos管由半导体材料Si构成,其导电性介于导体和绝缘体之间,因此为了提高其导电性,可以在纯Si晶体中引入杂质(掺杂),掺杂分为两种类型:

1.磷为代表的五价元素 P
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 共存在五个价电子(最外层电子) 和硅原子 3s2 3p2 掺杂时四个电子和周围硅形成共价键,剩余一个电子束缚很松,多于电子能级位于导带下方极近的位置(施主能级)。室温下,热能足以让它跃迁至导带,成为自由电子,形成N型半导体,载流子主要是导带中的自由电子;

2.硼为代表的三价元素 B
1s2 2s2 2s1 共存在三个价电子,代替硅进入晶格时只能提供三个电子去成键,第四个键缺少电子出现空位,对应受主能级,位于价带顶上方很近,热能可以让价带中的电子跳到受主能级填补缺口,于是价带中留下一个空穴,表现为正电荷载流子,形成P型半导体,载流子主要是价带中的空穴。

N型半导体和P型半导体连接时,交界处PN结处N中的自由电子将会填充到P中的空穴,耗尽附近区域内的电荷,形成耗尽区。
若N连接到电源负极,P连接到电源正极,则会使电子由n通过p形成电流,耗尽区也会变小,称为正向偏置;
形如:- N P +
若N连接到电源正极,P连接到电源负极,电子更加无法流通,耗尽区面积会增大,电流停止流动,称为反向偏置。
形如:+ N P -

mos管大体分为增强型和耗尽型,两种类型又分别可分为p沟道和n沟道,因此共四种类型,大致生成建模如下,生成源码也非常简单,设定p代表的掺杂物为橙色,n对应的是蓝色:

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化学知识补充:

1.价电子的定义
价电子 = 原子最外层(能级最高层)的电子,能参与成键和化学反应。
对主族元素来说,就是 最外层 s 和 p 轨道上的电子。

例子:
磷 (P, 1s²2s²2p⁶3s²3p³),价电子是 3s²3p³ → 一共 5 个。
氧 (O, 1s²2s²2p⁴),价电子是 2s²2p⁴ → 一共 6 个。
所以,价电子就是“化学键的原材料”。

2.杂化的本质
杂化 = 数学上的轨道线性组合,即用一组正交的“新轨道”来替代原本的 s, p, d。
目的:解释实验观察到的分子几何形状。
例如:碳原子理论上只能形成 2 个键(2 个单电子 p),但实际 CH₄ 是 4 个等价的 C–H 键 → 这只能通过 sp³ 杂化解释。

3.三角双锥和正八面体如何产生?
我们用 VSEPR(价层电子对互斥)+ 杂化轨道组合来理解。

(1) 三角双锥 (sp³d)
需要 5 个等价的轨道。
来自:1 个 s + 3 个 p + 1 个 d → sp³d 杂化。
这 5 个轨道指向一个三角双锥:
3 个轨道在同一平面上,120° 分布(赤道位置)。
2 个轨道在轴向,垂直于平面(90°)。
应用:PCl₅, SF₄。

(2) 正八面体 (sp³d²)
需要 6 个等价的轨道。
来自:1 个 s + 3 个 p + 2 个 d → sp³d² 杂化。
这 6 个轨道指向正八面体的 6 个顶点:
相邻轨道夹角 90°。
应用:PF₆⁻, SF₆。

By the way这个时候就有人问了,磷:基态是 3s² 3p³ ,氯:基态是 3s² 3p⁵
👉 价层都没有 3d 电子在参与,那为什么我们还能说 PCl₅ 是 sp³d 杂化呢?

因为你们被高中课本易于理解的说法蒙蔽了双眼!😎😎😎

PCl₅ 被说成 sp³d 杂化,并不是因为 P 的 3d 真正参与成键,而是因为分子需要 5 个等价成键方向(VSEPR → 三角双锥),所以用“sp³d 杂化”来描述是一种 几何模型上的近似。在现代量子化学的严格描述里,3d 贡献几乎可以忽略,成键主要靠 3s、3p 轨道和 Cl 的 3p 轨道相互作用。