天大半導(dǎo)體物理課件第2章

第2章半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級2.1硅鍺晶體中的雜質(zhì)能級實際晶體與理想晶體的區(qū)別原子并非在格點(diǎn)上固定不動雜質(zhì)的存在缺陷點(diǎn)缺陷（空位，間隙原子）線缺陷（位錯）面缺陷（層錯，晶粒間界）2.1.1替位式雜質(zhì)、間隙式雜質(zhì)替位式雜質(zhì)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)雜質(zhì)原子小于晶體原子雜質(zhì)濃度：單位體積內(nèi)的雜質(zhì)原子數(shù)2.1.2施主雜質(zhì)、施主能級施主雜質(zhì)V族元素在硅、鍺中電離時能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱此類雜質(zhì)為施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)。施主電離施主雜質(zhì)釋放電子的過程。施主能級被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)，記為ED，施主電離能量為ΔED。n型半導(dǎo)體依靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體。2.1.3受主雜質(zhì)、受主能級受主雜質(zhì)III族元素在硅、鍺中電離時能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴并形成負(fù)電中心，稱此類雜質(zhì)為受主雜質(zhì)或p型雜質(zhì)。受主電離受主雜質(zhì)釋放空穴的過程。受主能級被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)，記為EA。受主電離能量為ΔEAp型半導(dǎo)體依靠價帶空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體。2.1.4淺能級雜質(zhì)電離能簡單計算類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和無窮時氫原子基態(tài)電子的電離能考慮到正、負(fù)電荷處于介電常數(shù)ε=ε0εr的介質(zhì)中，且處于晶格形成的周期性勢場中運(yùn)動，所以有施主雜質(zhì)電離能受主雜質(zhì)電離能2.1.5雜質(zhì)的補(bǔ)償作用當(dāng)ND>>NA時

n=ND-NA≈

ND，半導(dǎo)體是n型的當(dāng)ND<<NA時

p=NA-ND≈

NA，半導(dǎo)體是p型的當(dāng)ND≈NA時補(bǔ)償半導(dǎo)體有效雜質(zhì)濃度補(bǔ)償后半導(dǎo)體中的凈雜質(zhì)濃度。2.1.6深能級雜質(zhì)非III、V族元素（37頁圖2-9）特點(diǎn)多為替位式雜質(zhì)硅、鍺的禁帶中產(chǎn)生的施主能級距離導(dǎo)帶底和價帶頂較遠(yuǎn)，形成深能級，稱為深能級雜質(zhì)。深能級雜質(zhì)能夠產(chǎn)生多次電離，每次電離均對應(yīng)一個能級。金是I族元素故可失去一個電子，施主能級略高于價帶頂；也可得到三個電子，形成穩(wěn)定的共價鍵結(jié)構(gòu)。但由于庫侖力的排斥作用，后獲得電子的電離能大于先獲得電子的電離能。即EA3>EA2>EA1。金在各種存在ED、EA3、EA2、EA1四個孤立能級。2.3缺陷、位錯能級2.3.1點(diǎn)缺陷熱缺陷（由溫度決定）弗倫克爾缺陷成對出現(xiàn)的間隙原子和空位肖特基缺陷只形成空位而沒有間隙原子對于化合物半導(dǎo)體，偏離正常的化學(xué)比化合物半導(dǎo)體中的替位原子空位易于間隙原子出現(xiàn)因為空位周圍有四個不成對電子，所以空位表現(xiàn)出受主作用；每個間隙原子有四個可以失去的電子，所以表現(xiàn)出施主作用。GaAs中的鎵空位和砷空位均表現(xiàn)為受主作用；離子性強(qiáng)的化合物半導(dǎo)體（M,X），正離子空位是受主，負(fù)離子空位是施主，金屬原子為間隙原子時為施主，非金屬原子為間隙原子時為受主。離子性弱的二元化合物AB，替位原子AB是受主，BA是施主。2.3.2位錯鍺中的60°棱位錯（