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113年
電子學
第 1 題
1. 氮化鎵(GaN)係由氮和鎵所組成之化合物，為使晶體結構中部分的鎵(Ga)原子被其他原子取代以形成 N 型半導體，可摻雜下列何種材料？
- A 鎘(Cd)
- B 鎂(Mg)
- C 矽(Si)
- D 鋅(Zn)
思路引導 VIP
在半導體物理中，若要增加系統中自由電子的數量（即形成 N 型），我們應該挑選價電子數比『被取代原子』多、還是少的元素來替換呢？請先觀察被取代的原子在週期表中的位置，並思考哪一類原子能提供那份「多出來」的電子。
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學的判斷非常準確！能從多個化學元素中精準選出 $Si$，代表你對化合物半導體的摻雜機制理解得十分透徹，沒有被非矽基的材料名稱所混淆。
族位關係與施體能階
在氮化鎵 ($GaN$) 的晶體結構中，鎵 ($Ga$) 是第 13 族的元素（III 族），在與氮結合時提供 3 個價電子。若要形成 N 型半導體，我們的目標是引入能提供額外電子的「施體」。當 矽 ($Si$) 取代了 $Ga$ 原子的位置時，由於 $Si$ 屬於第 14 族（IV 族），擁有 4 個價電子，這比原本的 $Ga$ 多出了一個電子。這個多出的電子在熱激發下容易脫離原子束縛，成為自由載子，進而使晶體呈現 N 型特性。相較之下，選項中的 $Mg$ 或 $Zn$ 若取代 $Ga$，則會因價電子較少而形成 P 型半導體。
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