半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件

1、第2章 半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)第2章 半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)實(shí)際晶體與理想晶體的區(qū)別原子并非在格點(diǎn)上固定不動(dòng)，在平衡位置附近振動(dòng)并不純凈，雜質(zhì)的存在缺陷點(diǎn)缺陷（空位，間隙原子）線缺陷（位錯(cuò)）面缺陷（層錯(cuò)，晶粒間界）2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)實(shí)際晶體與理想晶體的區(qū)別2.1.1替位式雜質(zhì)、間隙式雜質(zhì)替位式雜質(zhì):取代晶格原子雜質(zhì)原子的大小與晶體原子相似III、V族元素在硅、鍺中均為替位式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì):位于晶格原子間隙位置雜質(zhì)原子小于晶體原子雜質(zhì)濃度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的雜質(zhì)原子數(shù)2.1.1替位式雜質(zhì)、間隙式雜質(zhì)替位式雜質(zhì):取代晶格原子半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課

2、件半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件2.1.2施主雜質(zhì)、施主能級(jí)施主雜質(zhì)V族元素在硅、鍺中電離時(shí)能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱(chēng)此類(lèi)雜質(zhì)為施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)。施主電離施主雜質(zhì)釋放電子的過(guò)程。施主能級(jí)被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)，記為ED，施主電離能量為ED。n型半導(dǎo)體依靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體。2.1.2施主雜質(zhì)、施主能級(jí)施主雜質(zhì)本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖本征半導(dǎo)體：純凈的、不含其它雜質(zhì)的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖本征半導(dǎo)體：純凈的、不含其它雜質(zhì)的半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件2.1.3受主雜質(zhì)、受主能級(jí)受主雜質(zhì)III族元素在硅、鍺

3、中電離時(shí)能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴并形成負(fù)電中心，稱(chēng)此類(lèi)雜質(zhì)為受主雜質(zhì)或p型雜質(zhì)。受主電離受主雜質(zhì)釋放空穴的過(guò)程。受主能級(jí)被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)，記為EA。受主電離能量為EAp型半導(dǎo)體依靠?jī)r(jià)帶空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體。2.1.3受主雜質(zhì)、受主能級(jí)受主雜質(zhì)P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件雜質(zhì)半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化表示法 淺能級(jí)雜質(zhì)電離能小的雜質(zhì)稱(chēng)為淺能級(jí)雜質(zhì)。所謂淺能級(jí)，是指施主能級(jí)靠近導(dǎo)帶底，受主能級(jí)靠近價(jià)帶頂。室溫下，摻雜濃度不很高的情況下，淺能級(jí)雜質(zhì)幾乎可以全部電離。五價(jià)元素磷（P）、砷（As）、銻（S

4、b）在硅、鍺中是淺施主雜質(zhì)三價(jià)元素硼（B）、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)在硅、鍺中為淺受主雜質(zhì)。 淺能級(jí)雜質(zhì)電離能小的雜質(zhì)稱(chēng)為淺能級(jí)雜質(zhì)。淺能級(jí)雜質(zhì)電離能比禁帶寬度小得多，雜質(zhì)種類(lèi)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性影響很大。在N型半導(dǎo)體中，電子濃度大于空穴濃度，電子稱(chēng)為多數(shù)載流子，空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子。在P型半導(dǎo)體中，空穴濃度大于電子濃度，空穴稱(chēng)為多數(shù)載流子，電子稱(chēng)為少數(shù)載流子。淺能級(jí)雜質(zhì)電離能比禁帶寬度小得多，雜質(zhì)種類(lèi)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性影2.1.4 淺能級(jí)雜質(zhì)電離能簡(jiǎn)單計(jì)算類(lèi)氫模型氫原子中電子能量n=1,2,3，為主量子數(shù)，當(dāng)n=1和無(wú)窮時(shí)2.1.4 淺能級(jí)雜質(zhì)電離能簡(jiǎn)單計(jì)算類(lèi)氫模型氫原子基態(tài)電子的電離能考

5、慮到1、正、負(fù)電荷處于介電常數(shù)=0r的介質(zhì)中 2、電子不在空間運(yùn)動(dòng)，而是處于晶格周期性勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)氫原子基態(tài)電子的電離能施主雜質(zhì)電離能受主雜質(zhì)電離能施主雜質(zhì)電離能半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件2.1.5雜質(zhì)的補(bǔ)償作用2.1.5雜質(zhì)的補(bǔ)償作用當(dāng)NDNA時(shí) ND-NA 為有效施主濃度當(dāng)NDNA時(shí)雜質(zhì)的補(bǔ)償作用的應(yīng)用利用雜質(zhì)的補(bǔ)償作用，根據(jù)擴(kuò)散或離子注入的方法來(lái)改變半導(dǎo)體某一區(qū)域的導(dǎo)電類(lèi)型，制成各種器件。在一塊 n 型半導(dǎo)體基片的一側(cè)摻入較高濃度的受主雜質(zhì)，由于雜質(zhì)的補(bǔ)償作用，該區(qū)就成為型半導(dǎo)體。雜質(zhì)

6、的補(bǔ)償作用的應(yīng)用利用雜質(zhì)的補(bǔ)償作用，根據(jù)擴(kuò)散或離子注入的半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件2.1.6深能級(jí)雜質(zhì)非III、V族元素在硅、鍺的禁帶中產(chǎn)生的施主能級(jí)距離導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂較遠(yuǎn)，形成深能級(jí)，稱(chēng)為深能級(jí)雜質(zhì)。特點(diǎn)不容易電離，對(duì)載流子濃度影響不大深能級(jí)雜質(zhì)能夠產(chǎn)生多次電離，每次電離均對(duì)應(yīng)一個(gè)能級(jí)。能起到復(fù)合中心作用，使少數(shù)載流子壽命降低2.1.6深能級(jí)雜質(zhì)非III、V族元素在硅、鍺的禁帶中產(chǎn)生的半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件兩性雜質(zhì) 兩性雜質(zhì)是指在半導(dǎo)體中既可作施主又可作受主的雜質(zhì)。如-族GaAs中摻族Si。如果Si替位族As

7、，則Si為施主；如果Si替位族Ga，則Si為受主。所摻入的雜質(zhì)具體是起施主還是受主與工藝有關(guān)。 Au( )在Ge中的作用兩性雜質(zhì) 兩性雜質(zhì)是指在半導(dǎo)體中既可作施主又可作受主的雜質(zhì)。2.3.1點(diǎn)缺陷熱缺陷（由溫度決定）弗倫克耳缺陷成對(duì)出現(xiàn)的間隙原子和空位肖特基缺陷只形成空位而沒(méi)有間隙原子對(duì)于化合物半導(dǎo)體，偏離正常的化學(xué)比化合物半導(dǎo)體中的替位原子2.3缺陷、位錯(cuò)能級(jí)2.3.1點(diǎn)缺陷熱缺陷（由溫度決定）2.3缺陷、位錯(cuò)能級(jí)半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件空位易于間隙原子出現(xiàn)因?yàn)榭瘴恢車(chē)兴膫€(gè)不成對(duì)電子，所以空位表現(xiàn)出受主作用；每個(gè)間隙原子有四個(gè)

8、可以失去的電子，所以表現(xiàn)出施主作用。空位易于間隙原子出現(xiàn)2.3.2位錯(cuò)鍺中的60棱位錯(cuò)（111）面內(nèi)位錯(cuò)線10-1和滑移方向1-10之間的夾角是60。鍺中位錯(cuò)具有受主及施主的作用。晶格畸變2.3.2位錯(cuò)鍺中的60棱位錯(cuò)半導(dǎo)體物理第2章-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件思考題2-1、什么叫淺能級(jí)雜質(zhì)？它們電離后有何特點(diǎn)？2-2、什么叫施主？什么叫施主電離？施主電離前后有何特征？試舉例說(shuō)明之，并用能帶圖表征出n型半導(dǎo)體。2-3、什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？試舉例說(shuō)明之，并用能帶圖表征出p型半導(dǎo)體。2-4、摻雜半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體之間有何差異？試舉例說(shuō)明摻雜對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響。2-5、兩性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)有何異同？2-6、深能級(jí)雜質(zhì)和淺能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體有何影響？2-7、何謂雜