半導(dǎo)體物理02半導(dǎo)體中的缺陷和雜質(zhì)

1、半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 物物 理理(Semiconductor Physics)第二章第二章 半導(dǎo)體中的缺陷和雜質(zhì)半導(dǎo)體中的缺陷和雜質(zhì)2.1 硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí) 2.2 -族化合物中特殊的雜質(zhì)能級(jí)族化合物中特殊的雜質(zhì)能級(jí) 2.3 半導(dǎo)體中的缺陷和位錯(cuò)半導(dǎo)體中的缺陷和位錯(cuò)理想的半導(dǎo)體晶體理想的半導(dǎo)體晶體 十分純凈十分純凈不含任何雜質(zhì)不含任何雜質(zhì)晶格中的原子嚴(yán)格晶格中的原子嚴(yán)格按周期排列按周期排列實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)際應(yīng)用中的半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 原子不是靜止在具有嚴(yán)格周期性晶格的格點(diǎn)位置上，而是在其平衡位置附近振動(dòng)振動(dòng)半導(dǎo)體材料不純凈，而是含有若干雜質(zhì)雜質(zhì)，在半導(dǎo)體晶格中存在著與組

2、成半導(dǎo)體元素不同的其他化學(xué)元素原子實(shí)際半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)并不是完整無(wú)缺的，而存在著各種形式的缺陷缺陷極其極其微量微量的雜質(zhì)和缺陷，的雜質(zhì)和缺陷，能夠?qū)Π雽?dǎo)體材料的物理性質(zhì)能夠?qū)Π雽?dǎo)體材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生決定性決定性的影響的影響 在硅晶體中，若以在硅晶體中，若以105個(gè)硅原子中摻入一個(gè)雜質(zhì)原個(gè)硅原子中摻入一個(gè)雜質(zhì)原子的比例摻入硼子的比例摻入硼(B)原子，則硅晶體的導(dǎo)電率在室溫下將原子，則硅晶體的導(dǎo)電率在室溫下將增加增加103倍。倍。 用于生產(chǎn)一般硅平面器件的硅單晶，位錯(cuò)密度要用于生產(chǎn)一般硅平面器件的硅單晶，位錯(cuò)密度要求控制在求控制在103cm-2以下，若位錯(cuò)密度過(guò)高，則不可能

3、生以下，若位錯(cuò)密度過(guò)高，則不可能生產(chǎn)出性能良好的器件。產(chǎn)出性能良好的器件。由于雜質(zhì)和缺陷的存在，會(huì)使嚴(yán)格按周期排列的原子所產(chǎn)由于雜質(zhì)和缺陷的存在，會(huì)使嚴(yán)格按周期排列的原子所產(chǎn)生的生的周期性勢(shì)場(chǎng)受到破壞周期性勢(shì)場(chǎng)受到破壞，有可能在，有可能在禁帶中引入禁帶中引入允許電子允許電子存在的能量狀態(tài)（即存在的能量狀態(tài)（即能級(jí)能級(jí)），從而對(duì)半導(dǎo)體的性質(zhì)產(chǎn)生決），從而對(duì)半導(dǎo)體的性質(zhì)產(chǎn)生決定性的影響。定性的影響。一）制備半導(dǎo)體的原材料一）制備半導(dǎo)體的原材料純度不夠高純度不夠高；二）半導(dǎo)體單晶制備過(guò)程中及器件制造過(guò)程中的二）半導(dǎo)體單晶制備過(guò)程中及器件制造過(guò)程中的沾污沾污；三）為了半導(dǎo)體的性質(zhì)而三）為了半導(dǎo)體的性質(zhì)

4、而人為地?fù)饺肴藶榈負(fù)饺肽撤N化學(xué)元素的原子。某種化學(xué)元素的原子。2.1 硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2.1.1 替位式雜質(zhì)替位式雜質(zhì) 間隙式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)1原子只占晶胞體積的原子只占晶胞體積的34%，還有，還有66%是空隙，這些空隙是空隙，這些空隙通常稱為通常稱為間隙位置間隙位置。一）雜質(zhì)原子位于晶格一）雜質(zhì)原子位于晶格原子間的間隙位置，原子間的間隙位置，間隙式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)/填充填充；二）雜質(zhì)原子取代晶格二）雜質(zhì)原子取代晶格原子而位于晶格格點(diǎn)處，原子而位于晶格格點(diǎn)處，替位式雜質(zhì)替位式雜質(zhì)/填充填充。間隙式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)原子半徑一般比較小原子半徑一般比較小，如鋰離子（，如鋰離子（

5、Li+）的半徑為）的半徑為0.68 ，所以鋰離子進(jìn)入硅、鍺、砷化鎵后以間隙式雜質(zhì)形式存在。所以鋰離子進(jìn)入硅、鍺、砷化鎵后以間隙式雜質(zhì)形式存在。替位式雜質(zhì)替位式雜質(zhì)原子的半徑與被取代的晶格原子的半徑大小比較相近原子的半徑與被取代的晶格原子的半徑大小比較相近，且它，且它們的們的價(jià)電子殼層結(jié)構(gòu)也比較相近價(jià)電子殼層結(jié)構(gòu)也比較相近。如硅、鍺是。如硅、鍺是族元素，與族元素，與、族元素的情況比較相近，所以族元素的情況比較相近，所以、族元素在硅、鍺族元素在硅、鍺晶體中都是替位式雜質(zhì)。晶體中都是替位式雜質(zhì)。單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)，單位單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)，單位cm-32.1.1 替位式雜質(zhì)替位式雜質(zhì) 間隙式雜

6、質(zhì)間隙式雜質(zhì)2以硅中摻入磷（以硅中摻入磷（P）為例，研究）為例，研究族元素雜質(zhì)的作用。當(dāng)一個(gè)磷族元素雜質(zhì)的作用。當(dāng)一個(gè)磷原子原子占據(jù)占據(jù)了硅原子位置，如圖所了硅原子位置，如圖所示，磷原子有五個(gè)價(jià)電子，其中示，磷原子有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)價(jià)電子與周圍四個(gè)硅原子形四個(gè)價(jià)電子與周圍四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，還剩余一個(gè)價(jià)電子。成共價(jià)鍵，還剩余一個(gè)價(jià)電子。磷原子成為一個(gè)帶有一個(gè)正電荷磷原子成為一個(gè)帶有一個(gè)正電荷的磷離子（的磷離子（P+），稱為），稱為正電中心正電中心磷離子磷離子。其效果相當(dāng)于形成了。其效果相當(dāng)于形成了一一個(gè)正電中心和一個(gè)多余的電子個(gè)正電中心和一個(gè)多余的電子。2.1.2 施主雜質(zhì)、施主能級(jí)施主

7、雜質(zhì)、施主能級(jí)1多余的電子束縛在正電中心周圍，但這種束縛作用比共價(jià)鍵的束縛作用弱得多，只要很小的能量就可以使多余電子掙脫束縛，成為自由電子在晶格中運(yùn)動(dòng)，起到導(dǎo)電的作用。這時(shí)磷原子就成了一個(gè)少了一個(gè)價(jià)電子的磷離子，它是一個(gè)不能移動(dòng)的正電中心。多余電子脫離雜質(zhì)原子成為導(dǎo)電電子的過(guò)程稱為雜質(zhì)電離雜質(zhì)電離。使這個(gè)多余電子掙脫束縛成為導(dǎo)電電子所需要的能量稱為雜質(zhì)電雜質(zhì)電離能離能，用ED表示。實(shí)驗(yàn)測(cè)得，族元素原子在硅、鍺中的電離能很小(即多余電子很容易掙脫原子的束縛成為導(dǎo)電電子)，在硅中電離能約為0.040.05eV，在鍺中電離能約為0.01eV，比硅、鍺的禁帶寬度小得多。2.1.2 施主雜質(zhì)、施主能級(jí)施

8、主雜質(zhì)、施主能級(jí)2族元素雜質(zhì)在硅、鍺中電離時(shí)，能夠施放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心。稱為施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)施放電子的過(guò)程稱為施主電離。施主雜質(zhì)在未電離時(shí)是中性的，稱為束縛態(tài)或中性態(tài)，電離后成為正電中心，稱為離化態(tài)。施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)/N型雜質(zhì)型雜質(zhì)電子型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體/N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體純凈半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)后，施主雜質(zhì)電離，使導(dǎo)帶中的導(dǎo)電電子增多（電子密度大于空穴密度），增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，成為主要依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料,稱為電子型或N型半導(dǎo)體。2.1.2 施主雜質(zhì)、施主能級(jí)施主雜質(zhì)、施主能級(jí)3施主能級(jí)用離導(dǎo)帶底Ec為ED處的短線段表示，施主能級(jí)上的小黑點(diǎn)表示被施主雜質(zhì)束縛的電

9、子。箭頭表示被束縛的電子得到電離能后從施主能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子的電離過(guò)程。導(dǎo)帶中的小黑點(diǎn)表示進(jìn)入導(dǎo)帶中的電子， 表示施主雜質(zhì)電離后帶正電，成為不可移動(dòng)的正點(diǎn)中心。電子得到能量ED后，就從施主的束縛態(tài)躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子，被施主雜質(zhì)束縛時(shí)的電子的能量比導(dǎo)帶底Ec低ED，稱為施主能級(jí)，用ED表示。由于ED遠(yuǎn)小于禁帶寬度Eg，所以施主能級(jí)位于離導(dǎo)帶底很近的禁帶中。由于施主雜質(zhì)相對(duì)較少，雜質(zhì)原子間的相互作用可以忽略，所以施主能級(jí)可以看作是一些具有相同能量的孤立能級(jí)，2.1.2 施主雜質(zhì)、施主能級(jí)施主雜質(zhì)、施主能級(jí)4硅中摻入硼（B）為例，研究族元素雜質(zhì)的作用。當(dāng)一個(gè)硼原子占據(jù)了硅原子的位置，如圖

10、所示，硼原子有三個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它和周圍的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，還缺少一個(gè)電子，必須從別處的硅原子中奪取一個(gè)價(jià)電子，于是在硅晶體的共價(jià)鍵中產(chǎn)生了一個(gè)空穴。硼原子成為一個(gè)帶有一個(gè)負(fù)電荷的硼離子（B-），稱為負(fù)電中心硼離子。其效果相當(dāng)于形成了一個(gè)負(fù)電中心和一個(gè)多余的空穴。2.1.3 受主雜質(zhì)、受主能級(jí)受主雜質(zhì)、受主能級(jí)1多余的空穴束縛在負(fù)電中心周圍，但這種束縛作用比共價(jià)鍵的束縛作用弱得多，只要很小的能量就可以使多余空穴掙脫束縛，成為自由空穴在晶格中運(yùn)動(dòng)，起到導(dǎo)電的作用。這時(shí)硼原子就成了一個(gè)多了一個(gè)價(jià)電子的硼離子，它是一個(gè)不能移動(dòng)的負(fù)電中心。多余空穴脫離雜質(zhì)原子成為導(dǎo)電空穴的過(guò)程稱為雜質(zhì)電離。使這個(gè)多

11、余空穴掙脫束縛成為導(dǎo)電空穴所需要的能量稱為雜質(zhì)電離能，用EA表示。實(shí)驗(yàn)測(cè)得，族元素原子在硅、鍺中的電離能很?。炊嘤嗫昭ê苋菀讙昝撛拥氖`成為導(dǎo)電空穴），2.1.3 受主雜質(zhì)、受主能級(jí)受主雜質(zhì)、受主能級(jí)22.1.3 受主雜質(zhì)、受主能級(jí)受主雜質(zhì)、受主能級(jí)3族元素雜質(zhì)在硅、鍺中能接受電子而產(chǎn)生族元素雜質(zhì)在硅、鍺中能接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴導(dǎo)電空穴，并形成并形成負(fù)電中心負(fù)電中心。稱為。稱為受主雜質(zhì)或受主雜質(zhì)或p型雜質(zhì)型雜質(zhì)。受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)/P型雜質(zhì)型雜質(zhì)空穴掙脫受主雜質(zhì)束縛的過(guò)程稱為空穴掙脫受主雜質(zhì)束縛的過(guò)程稱為受主電離受主電離。受主雜質(zhì)未電離時(shí)是中性的，稱為受主雜質(zhì)未電離時(shí)是中性的，稱為束縛態(tài)束

12、縛態(tài)或或中性態(tài)中性態(tài)。空穴型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體/P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體純凈半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主雜質(zhì)電離，使價(jià)帶中的純凈半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主雜質(zhì)電離，使價(jià)帶中的導(dǎo)電空穴增多（空穴密度大于電子密度），增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電空穴增多（空穴密度大于電子密度），增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，成為主要依靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料。導(dǎo)電能力，成為主要依靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料。受主能級(jí)用離價(jià)帶頂EV為EA處的短線段表示，受主能級(jí)上的小圓圈表示被受主雜質(zhì)束縛的空穴。箭頭表示被束縛空穴得到電離能后從受主能級(jí)躍遷到價(jià)帶成為導(dǎo)電空穴（即價(jià)帶頂電子躍遷到受主能級(jí)上填充空位）的電離過(guò)程。價(jià)帶中的小圓圈表示進(jìn)入價(jià)帶中的空穴，

13、表示受主雜質(zhì)電離后帶負(fù)電，成為不可移動(dòng)的負(fù)點(diǎn)中心。空穴得到能量EA后，就從受主束縛態(tài)躍遷到價(jià)帶成為導(dǎo)電空穴，被受主雜質(zhì)束縛時(shí)的空穴的能量比價(jià)帶頂EV低EA，稱受主能級(jí)，用EA表示。由于EA遠(yuǎn)小于禁帶寬度Eg，所以受主能級(jí)位于價(jià)帶頂很近的禁帶中。受主雜質(zhì)相對(duì)較少，雜質(zhì)原子間相互作用可忽略，所以受主能級(jí)可看作是一些具有相同能量的孤立能級(jí)2.1.3 受主雜質(zhì)、受主能級(jí)受主雜質(zhì)、受主能級(jí)4綜上所述綜上所述摻入半導(dǎo)體，摻入半導(dǎo)體，分別成為分別成為在禁帶中引入了在禁帶中引入了新的能級(jí)，分別為新的能級(jí)，分別為 常溫下，雜質(zhì)都常溫下，雜質(zhì)都處于離化態(tài)處于離化態(tài) 分別分別形成形成關(guān)于能帶圖關(guān)于能帶圖電子能量，從

14、下往上為升高的方向；電子能量，從下往上為升高的方向；空穴能量，從上往下為升高的方向；空穴能量，從上往下為升高的方向；電子和空穴可以看作是兩種所帶電荷性質(zhì)相反，電子和空穴可以看作是兩種所帶電荷性質(zhì)相反，電荷數(shù)量相同，質(zhì)量相當(dāng)?shù)牧Ｗ?；電荷?shù)量相同，質(zhì)量相當(dāng)?shù)牧Ｗ?；施放電子的過(guò)程可以看作俘獲空穴的過(guò)程；施放電子的過(guò)程可以看作俘獲空穴的過(guò)程；施放空穴的過(guò)程也可以看作俘獲電子的過(guò)程。施放空穴的過(guò)程也可以看作俘獲電子的過(guò)程。淺能級(jí)淺能級(jí)很靠近導(dǎo)帶底的施主能級(jí)、很靠近價(jià)帶頂?shù)氖苤髂芗?jí)很靠近導(dǎo)帶底的施主能級(jí)、很靠近價(jià)帶頂?shù)氖苤髂芗?jí)*42220( )2 4nrm qU rn 電勢(shì)能402220(1)2 4nm

15、qEn （1 1） 氫原子基態(tài)電子的電離能氫原子基態(tài)電子的電離能量子力學(xué)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)表明，氫原子電子的能量滿足：4001220(2)8mqEEEh故基態(tài)電子的電離能：（2 2） 用類氫原子模型估算淺能級(jí)雜質(zhì)的電離能用類氫原子模型估算淺能級(jí)雜質(zhì)的電離能淺能級(jí)雜質(zhì) = 雜質(zhì)離子 + 束縛電子（空穴）正、負(fù)電荷所處介質(zhì)：0r 2.1.4 淺能級(jí)雜質(zhì)電離的簡(jiǎn)單計(jì)算淺能級(jí)雜質(zhì)電離的簡(jiǎn)單計(jì)算1估算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值有相同數(shù)量級(jí)估算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值有相同數(shù)量級(jí) Ge： ED 0.0064 eV Si: ED 0.025 eV *4*0222200(3)8nnDrrm qmEEhm 施主電離能*4*0222200

16、(4)8ppArrm qmEEhm 受主電離能雜質(zhì)的補(bǔ)償作用雜質(zhì)的補(bǔ)償作用 問(wèn)題問(wèn)題假如在半導(dǎo)體材料中，同時(shí)存在著施主和受主雜質(zhì)，假如在半導(dǎo)體材料中，同時(shí)存在著施主和受主雜質(zhì)，該如何判斷半導(dǎo)體究竟是該如何判斷半導(dǎo)體究竟是N型還是型還是P型型 ？答答應(yīng)該比較兩者濃度的大小，應(yīng)該比較兩者濃度的大小，由濃度大的雜質(zhì)來(lái)決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型由濃度大的雜質(zhì)來(lái)決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型施主和受主雜質(zhì)之間有相互抵消的作用施主和受主雜質(zhì)之間有相互抵消的作用 2.1.5 雜質(zhì)的補(bǔ)償作用雜質(zhì)的補(bǔ)償作用ND 施主雜質(zhì)濃度施主雜質(zhì)濃度 NA 受主雜質(zhì)濃度受主雜質(zhì)濃度n 導(dǎo)帶中的電子濃度導(dǎo)帶中的電子濃度 p 價(jià)帶中的空穴濃度價(jià)

17、帶中的空穴濃度假設(shè)施主和受主雜質(zhì)全部電離，分情況討論雜質(zhì)的補(bǔ)償作用。假設(shè)施主和受主雜質(zhì)全部電離，分情況討論雜質(zhì)的補(bǔ)償作用?？紤]只有一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)的情況：考慮只有一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)的情況： NDNA時(shí)，受主能級(jí)低于施時(shí)，受主能級(jí)低于施主能級(jí)，所以施主雜質(zhì)的電主能級(jí)，所以施主雜質(zhì)的電子首先躍遷到受主能級(jí)上，子首先躍遷到受主能級(jí)上，填滿填滿NA個(gè)受主能級(jí)，還剩個(gè)受主能級(jí)，還剩(ND-NA)個(gè)電子在施主能級(jí)上，個(gè)電子在施主能級(jí)上，雜質(zhì)全部電離時(shí)，它們躍遷雜質(zhì)全部電離時(shí)，它們躍遷到導(dǎo)帶中成為導(dǎo)電電子，這到導(dǎo)帶中成為導(dǎo)電電子，這時(shí)，時(shí)，n=ND-NAND，半導(dǎo)體是，半導(dǎo)體是N型的型的N

18、AND時(shí)，施主能級(jí)上時(shí)，施主能級(jí)上的全部電子躍遷到受主能的全部電子躍遷到受主能級(jí)上后，受主能級(jí)還有級(jí)上后，受主能級(jí)還有(NA-ND)個(gè)空穴，它們可個(gè)空穴，它們可以躍遷到價(jià)帶成為導(dǎo)電空以躍遷到價(jià)帶成為導(dǎo)電空穴，穴，p=NA-NDNA，半導(dǎo)，半導(dǎo)體是體是P型的型的經(jīng)過(guò)補(bǔ)償之后，半導(dǎo)體中的凈雜質(zhì)濃度經(jīng)過(guò)補(bǔ)償之后，半導(dǎo)體中的凈雜質(zhì)濃度當(dāng)當(dāng)ND NA時(shí)，則（時(shí)，則（ND-NA）為有效施主濃度）為有效施主濃度當(dāng)當(dāng)NA ND時(shí)，則（時(shí)，則（NA-ND）為有效受主濃度）為有效受主濃度利用雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)淖饔茫涂衫秒s質(zhì)補(bǔ)償?shù)淖饔?，就可以根?jù)需要用擴(kuò)散或離子注以根據(jù)需要用擴(kuò)散或離子注入等方法來(lái)改變半導(dǎo)體中某入等方法

19、來(lái)改變半導(dǎo)體中某一區(qū)域的導(dǎo)電類型，以制備一區(qū)域的導(dǎo)電類型，以制備各種器件。各種器件。若控制不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)若控制不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)NDNA的現(xiàn)象，的現(xiàn)象，這時(shí)，施主電子剛好填充受主能級(jí)，這時(shí)，施主電子剛好填充受主能級(jí)，雖然晶體中雜質(zhì)可以很多，但不能雖然晶體中雜質(zhì)可以很多，但不能向?qū)Ш蛢r(jià)帶提供電子和空穴，向?qū)Ш蛢r(jià)帶提供電子和空穴，（雜質(zhì)的高度補(bǔ)償）。這種材料容（雜質(zhì)的高度補(bǔ)償）。這種材料容易被誤認(rèn)為是高純度的半導(dǎo)體，實(shí)易被誤認(rèn)為是高純度的半導(dǎo)體，實(shí)際上卻含有很多雜質(zhì)，性能很差。際上卻含有很多雜質(zhì)，性能很差。非非、族元素?fù)饺牍?、鍺中也會(huì)在禁帶中引入能族元素?fù)饺牍?、鍺中也會(huì)在禁帶中引入能級(jí)，這些能級(jí)一般有

20、以下兩個(gè)特點(diǎn)：級(jí)，這些能級(jí)一般有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）施主能級(jí)距離導(dǎo)帶底較遠(yuǎn)，產(chǎn)生的受主能級(jí)）施主能級(jí)距離導(dǎo)帶底較遠(yuǎn)，產(chǎn)生的受主能級(jí)距離價(jià)帶頂也較遠(yuǎn)。稱為深能級(jí)，相應(yīng)的雜質(zhì)稱為深距離價(jià)帶頂也較遠(yuǎn)。稱為深能級(jí)，相應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級(jí)雜質(zhì)；能級(jí)雜質(zhì)；（2）這些深能級(jí)雜質(zhì)能產(chǎn)生多次電離，每一次電）這些深能級(jí)雜質(zhì)能產(chǎn)生多次電離，每一次電離相應(yīng)有一個(gè)能級(jí)。因此，雜質(zhì)在硅、鍺的禁帶中往離相應(yīng)有一個(gè)能級(jí)。因此，雜質(zhì)在硅、鍺的禁帶中往往引入若干個(gè)能級(jí)。而且，有的雜質(zhì)既能引入施主能往引入若干個(gè)能級(jí)。而且，有的雜質(zhì)既能引入施主能級(jí)，又能引入受主能級(jí)。級(jí)，又能引入受主能級(jí)。2.1.6 深能級(jí)雜質(zhì)深能級(jí)雜質(zhì)深能級(jí)雜質(zhì)，一

21、般情況下在半導(dǎo)體中的含量極少，深能級(jí)雜質(zhì)，一般情況下在半導(dǎo)體中的含量極少，而且能級(jí)較深，它們對(duì)半導(dǎo)體中的導(dǎo)電電子濃度、而且能級(jí)較深，它們對(duì)半導(dǎo)體中的導(dǎo)電電子濃度、導(dǎo)電空穴濃度和導(dǎo)電類型的影響沒(méi)有淺能級(jí)雜質(zhì)導(dǎo)電空穴濃度和導(dǎo)電類型的影響沒(méi)有淺能級(jí)雜質(zhì)明顯，但對(duì)于載流子的復(fù)合作用比淺能級(jí)雜質(zhì)強(qiáng)，明顯，但對(duì)于載流子的復(fù)合作用比淺能級(jí)雜質(zhì)強(qiáng)，故這些雜質(zhì)也稱為故這些雜質(zhì)也稱為復(fù)合中心，復(fù)合中心，它們引入的能級(jí)就它們引入的能級(jí)就稱為稱為復(fù)合中心能級(jí)復(fù)合中心能級(jí)。金是一種很典型的復(fù)合中心，。金是一種很典型的復(fù)合中心，在制造高速開(kāi)關(guān)器件時(shí)，常有意地?fù)饺虢鹨栽谥圃旄咚匍_(kāi)關(guān)器件時(shí)，常有意地?fù)饺虢鹨蕴岣咛岣咂骷乃俣?/p>

22、器件的速度。2.2 -族化合物半導(dǎo)體中的特殊雜質(zhì)族化合物半導(dǎo)體中的特殊雜質(zhì)1 1、等電子陷阱、等電子陷阱等電子雜質(zhì)：等電子雜質(zhì)：特征：a、與本征元素同族但不同原子序數(shù) 例：例：GaP中摻入族的N或As b、以替位形式存在于晶體中，基本上是電中性的。存在著由核心力引起的短程作用力，它們可以吸引一個(gè)導(dǎo)帶電子(空穴)而變成負(fù)(正)離子，前者就是電子陷阱電子陷阱，后者就是空穴陷阱空穴陷阱。 N NP等電子雜質(zhì)占據(jù)本征原子位置(如N占據(jù)GaAs中的As位)后，即2、兩性雜質(zhì)、兩性雜質(zhì)舉例：舉例：GaAs中摻中摻Si（族）族）Ga：族族 As：族族 SiGa施主SiAs受主兩性雜質(zhì)：兩性雜質(zhì)：在化合物半導(dǎo)

23、體中，某些雜在其中既可以作施主又可以作受，這種雜質(zhì)稱為兩性雜質(zhì)。兩性雜質(zhì) 當(dāng)半導(dǎo)體中的某些區(qū)域，晶格中的原子周期性排列被破壞時(shí)就形成了各種缺陷。 缺陷分為三類： 點(diǎn)缺陷：如空位，間隙原子，替位原子； 線缺陷：如位錯(cuò)； 面缺陷：如層錯(cuò)等。 2.3 半導(dǎo)體中的缺陷和位錯(cuò)半導(dǎo)體中的缺陷和位錯(cuò)在一定溫度下，晶格原子不僅在平衡位置附近作振動(dòng)運(yùn)在一定溫度下，晶格原子不僅在平衡位置附近作振動(dòng)運(yùn)動(dòng)（通常稱之為熱振動(dòng)），而且有一部分原子會(huì)獲得足動(dòng)（通常稱之為熱振動(dòng)），而且有一部分原子會(huì)獲得足夠的能量，克服周圍原子對(duì)它的束縛，擠入晶格原子間夠的能量，克服周圍原子對(duì)它的束縛，擠入晶格原子間的間隙，形成間隙原子，原來(lái)

24、的位置就成為空位。的間隙，形成間隙原子，原來(lái)的位置就成為空位。間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn)的缺陷間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn)的缺陷只在晶格內(nèi)形成空位而無(wú)間隙原子只在晶格內(nèi)形成空位而無(wú)間隙原子的缺陷的缺陷均由溫度引起，又稱之為熱缺陷，它們總是同時(shí)存在的。均由溫度引起，又稱之為熱缺陷，它們總是同時(shí)存在的。間隙原子和空位一方面不斷地產(chǎn)生，另一方面兩間隙原子和空位一方面不斷地產(chǎn)生，另一方面兩者又不斷地復(fù)合，達(dá)到一個(gè)平衡濃度值。者又不斷地復(fù)合，達(dá)到一個(gè)平衡濃度值。由于原子須具有較大的能量才能擠入間隙位置，而且遷移由于原子須具有較大的能量才能擠入間隙位置，而且遷移時(shí)激活能很小，所以晶體中空位比間隙原子多得多，空位時(shí)激活能很小，所以晶體中空位比間隙原子多得多，空位成了常見(jiàn)的點(diǎn)缺陷。成了常見(jiàn)的點(diǎn)缺陷。在在元素半導(dǎo)體硅、鍺元素半導(dǎo)體硅、鍺中存在的空位最鄰近有四個(gè)原子，每個(gè)中存在的空位最鄰近有四個(gè)原子，每個(gè)原子各有一個(gè)不成對(duì)的價(jià)電子，成為不飽和的共價(jià)鍵，這些原子各有一個(gè)不成對(duì)的價(jià)電子，成為不飽和的共價(jià)鍵，這些鍵傾向于接受電子，因此空位表現(xiàn)出受主作用。鍵傾向于接受電子，因此空位表現(xiàn)出受主作用。而每一個(gè)間隙原子有四個(gè)可以失去的未形成共價(jià)鍵的價(jià)電子，而每一個(gè)間隙原子有四個(gè)可以失去的未形成共價(jià)鍵的價(jià)電子，表現(xiàn)出施主作用。表現(xiàn)出施主作用。在在-族化合物族化合物中，除了熱振動(dòng)因素形成空位和間隙原子外，中，除了熱振