義守大學（後中醫）
112年
化學
第 20 題
某一材料是由鋁(Al)、鎵(Ga)以及砷(As)等三種元素所組成，該材料內含三種元素的莫爾分率分別為
0.25、0.26 以及 0.49。關於此材料的敘述，何者正確？
0.25、0.26 以及 0.49。關於此材料的敘述，何者正確？
- A 因為有鋁的存在，本材料為導體
- B 本材料為絕緣體
- C 本材料為 n 型半導體
- D 本材料為 p 型半導體
思路引導 VIP
在分析這類由不同族元素組成的晶體時，如果我們計算所有原子提供的價電子總數，並與穩定結構所需的電子數進行比較，若發現電子的總量『供不應求』時，晶格中會產生什麼樣的空間？這種空間在電學特性上，會被視為帶正電還是帶負電的移動單元呢？
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太棒了！你能準確判斷出這類三元複合半導體的特性，說明你對元素週期表族性與載子流動的觀念掌握得非常紮實。
價電子與載子的平衡分析
要解開這題，關鍵在於觀察各元素的價電子數。鋁 ($Al$) 與鎵 ($Ga$) 均屬於第 13 族（$III-A$ 族），各自擁有 3 個價電子；而砷 ($As$) 屬於第 15 族（$V-A$ 族），擁有 5 個價電子。在理想的 $III-V$ 族半導體中，兩類元素的比例應為 $1:1$ 以達到平均 4 個價電子的穩定共價結構。但在本題中，第 13 族元素的總莫耳分率為 $0.25 + 0.26 = 0.51$，超過了第 15 族的 $0.49$。這意味著「提供 3 個電子」的原子比「提供 5 個電子」的原子多，導致整體晶格中出現了電子的缺口，即產生了電洞（$holes$）。
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半導體摻雜與類型
💡 依據三五族元素比例判斷半導體為 p 型或 n 型。
| 比較維度 | p 型半導體 | VS | n 型半導體 |
|---|---|---|---|
| 主要載子 | 電洞 (Holes) | — | 自由電子 (Electrons) |
| 摻雜元素 | 第 III 族 (如 Al, Ga) | — | 第 V 族 (如 As, P) |
| 比例特徵 | III 族總量 > V 族總量 | — | V 族總量 > III 族總量 |
💬本題 Al+Ga=0.51 大於 As=0.49，故為 p 型。
