掺杂空气可让有机半导体更导电
瑞典林雪平大学的研究人员开发了一种新方法，在空气作为掺杂剂的帮助下，可让有机半导体变得更具导电性。发表在最新一期《自然》杂志上的这项研究，是迈向未来生产廉价和可持续有机半导体的重要一步。
本文源自金融界AI电报
从能级的角度来看半导体的掺杂
半导体掺杂技术
半导体的常用掺杂技术主要有两种，即高温（热）扩散和离子注入。
掺入的杂质主要有两类：
第一类是提供载流子的受主杂质或施主杂质（如Si中的B、P、As）；
第二类是产生复合中心的重金属杂质（如Si中的Au）。
(1)热扩散技术
对于施主或受主杂质的掺入，就需要进行较高温度的热扩散。因为施主或受主杂质原子的半径一般都比较大，它们要直接进入半导体晶格的间隙中去是很困难的；只有当晶体中出现有晶格空位后，杂质原子才有可能进去占据这些空位，并从而进入到晶体。
为了让晶体中产生出大量的晶格空位，所以，就必须对晶体加热，让晶体原子的热运动加剧，以使得某些原子获得足够高的能量而离开晶格位置、留下空位（与此同时也产生出等量的间隙原子，空位和间隙原子统称为热缺陷），也因此原子的扩散系数随着温度的升高而指数式增大。对于Si晶体，要在其中形成大量的空位，所需要的温度大致为1000℃左右，这也就是热扩散的温度。
(2)离子注入技术
为了使施主或受主杂质原子能够进入到晶体中去，需要首先把杂质原子电离成离子，并用强电场加速、让这些离子获得很高的动能，然后再直接轰击晶体、并“挤”进到里面去；这就是“注入”。当然，采用离子注入技术掺杂时，必然会产生出许多晶格缺陷，同时也会有一些原子处在间隙中。所以，半导体在经过离子注入以后，还必须要进行所谓退火处理，以消除这些缺陷和使杂质“激活"。
(3)与掺杂有关的问题
①Si的热氧化技术： 因为当Si表面原子与氧原子结合成一层SiO2后，若要进一步增厚氧化层的话，那么就必须要让外面的氧原子扩散穿过已形成的氧化层、并与下面的Si原子结合，而SiO2膜是非晶体，氧原子在其中的扩散速度很小，因此，往往要通过加热来提高氧原子的热运动能量，使得能够比较容易地进入到氧化层中去，这就是热氧化。所以，Si的热氧化温度一般也比较高（～1000℃左右）。
②杂质的激活： 因为施主或受主杂质原子要能够提供载流子，就必须处于替代Si原子的位置上。这样才有多余的或者缺少的价电子、以产生载流子。所以在半导体中，即使掺入了施主或受主杂质，但是如果这些杂质原子没有进入到替代位置，那么它们也将起不到提供载流子的作用。为此，就还需要进行一定的热处理步骤——激活退火。
③Au、Pt等重金属杂质原子的扩散： 重金属杂质与施主或受主杂质不同，因为重金属杂质的原子半径很小，即使在较低温度下也能够很容易地通过晶格间隙而进入到半导体中去，所以扩散的温度一般较低。例如扩散Au，在700℃下，只要数分钟，Au原子即可分布到整个Si片。
从能级的角度来看半导体的掺杂
半导体一般由锗和硅两种材料构成，而由于我们生活的环境的温度不是绝对零度，所有会有本征激发(电子脱离质子的吸引力而转变成为自由电子 如下图)，这就是温度可以改变半导体的特性。那么我就要引入能级了。
本征激发就是将电子从价带激发到导带去，而禁带就是最外层轨道杂化使得本来处于同一轨道的电子分开成两个轨道，轨道之间就是禁带。而内层轨道形成价带，无能量进入时充满电子，外层轨道形成导带，无能量进入时无电子。我以前不能理解能级，但是现在懂了，希望可以帮到你。
而为什么掺杂可以帮助半导体提高他的导电性。
以N型半导体来举例子。
半导体掺杂了五价的元素，比如磷形成N型半导体，那么便会多出一个电子，多出来的电子就成为了施主能级，他们极易成为自由电子，上面说了自由电子形成导带，所以施主能级中的电子极易转移到导带中。由于导带中自由电子增多，所以导电性增加了。
然后就是P型半导体
半导体掺杂了三价元素，比如硼就会形成P型半导体，那么由于硼的电子只有三个，便会多出一个空位，这些空位(空穴)形成了受主能级，上面由本征激发的电子也就是价带中的电子不会那么容易成为自由电子，而是被这些空位所吸附，也就是价带中的电子转移到了受主能级，电子从受主能级中也能激发到导带，形成自由电子。
由于空穴的数量增多导致自由电子的转移变得“通畅”(也可以理解为停车，车位更多的地方，来往的车辆也就越多)，这就导致了掺杂后的半导体导电性增加。
总结：
自由电子形成导带;
未激发或者在电子对中的电子和空穴形成价带;
掺入五价元素而形成的多余但是没有激发的电子形成施主能级;
掺入三价元素而形成的多余的空穴形成受主能级。
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