第二章半导体中杂质和缺陷能级ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物在纯净的半导体中在纯净的半导体中掺入掺入一定量不同类型的杂质，一定量不同类型的杂质，并通过对其数量和在空间的分布精确地控制，实并通过对其数量和在空间的分布精确地控制，实现对电阻率和少子寿命的有效控制，从而现对电阻率和少子寿命的有效控制，从而人为地人为地改变半导体的电学性质，如改变半导体的电学性质，如n型型半导体和半导体和p型型

2、半导半导体。体。半导体的杂质工程半导体的杂质工程(doping engineering)：原因原因：杂质能级的产生晶体的势场的周期性杂质能级的产生晶体的势场的周期性受到破坏而产生附加势场，使得电子或空穴束缚受到破坏而产生附加势场，使得电子或空穴束缚在杂质周围，产生局域化的量子态即局域态，使在杂质周围，产生局域化的量子态即局域态，使能带极值附近出现分裂能级能带极值附近出现分裂能级杂质能级杂质能级。 前前 言言 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Eg没有没有能级能级本征半导体（本征半导体（intr

3、insic）能带：）能带：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物实际半导体（实际半导体（extrinsic）：）：1、晶体中晶格位置的原子在平衡位置振动、晶体中晶格位置的原子在平衡位置振动缺陷的出现：点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷空位空位位错位错层错层错2、和晶体基质原子不同的杂质原子的存在、和晶体基质原子不同的杂质原子的存在杂质的出现：无意掺杂无意掺杂源材料和工艺源材料和工艺有目的控制有目的控制材料性质材料性质有意掺杂有意掺杂我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美

4、丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物杂质和缺陷对能带结构的影响：杂质和缺陷对能带结构的影响：在半导体的禁带中引入杂质或缺陷能级在半导体的禁带中引入杂质或缺陷能级影响半导体的电、光性质。影响半导体的电、光性质。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1 1、硅、锗硅、锗中的浅能级和深能级杂质以及和杂中的浅能级和深能级杂质以及和杂质能

5、级，浅能级杂质电离能的计算，并了解杂质能级，浅能级杂质电离能的计算，并了解杂质补偿作用。质补偿作用。2 2、III-VIII-V族化合物族化合物主要是主要是GaAs中的杂质能级，中的杂质能级， 理解等电子陷阱、等电子络合物以及两性杂质理解等电子陷阱、等电子络合物以及两性杂质等概念。等概念。本章主要内容：本章主要内容：本章大约需要本章大约需要四个学时四个学时我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Note: 间隙式原子的半径一般比较小。间隙式原子的半径一般比较小。一、杂质存在的方式和缺陷类型一、杂质存

6、在的方式和缺陷类型1、存在方式：、存在方式：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物金刚石结构中，一个晶胞内的原子占晶体原胞的金刚石结构中，一个晶胞内的原子占晶体原胞的34%，空隙占，空隙占 66%。 Li、H 在硅、锗、砷化镓中是以间隙式杂质。在硅、锗、砷化镓中是以间隙式杂质。 碱金属原子在半导体尤其在碱金属原子在半导体尤其在Si中的易扩散，引起器件中的易扩散，引起器件性能的恶化性能的恶化我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没

7、有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物= Si = Si = Si = = Si = P P+ + = Si = = Si = Si = Si = 单位体积中的杂质原子数称单位体积中的杂质原子数称杂质浓度杂质浓度硅硅、锗锗是是 族元素，与族元素，与 、族元素的情况比族元素的情况比较相近，它们在硅、锗晶体中都是替位式杂质。较相近，它们在硅、锗晶体中都是替位式杂质。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有

8、错：表里边有一个活的生物在一定温度下，晶格原子在平衡位置附近振动在一定温度下，晶格原子在平衡位置附近振动中，有一部分原子获得足够的能量，克服周围中，有一部分原子获得足够的能量，克服周围原子对它的束缚而挤入晶格原子间隙，成为原子对它的束缚而挤入晶格原子间隙，成为间间隙原子隙原子，原来的位置成为，原来的位置成为空位空位。它们成对出现。它们成对出现Frenkel缺陷。缺陷。如在晶体中只形成空位而无间隙原子如在晶体中只形成空位而无间隙原子肖特肖特基基缺陷。缺陷。2、缺陷（、缺陷（点缺陷点缺陷）的类型）的类型 空位和填隙空位和填隙我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里

9、呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物填隙填隙 = Si = Si = Si = = Si Si = = Si = Si = Si = 空位空位我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物A B A B B A B A A B A B A我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物杂质：杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其半导体中存在的与本体元素不同的其它元素。它元素。杂质出现在半导体中

10、时，产生的附加杂质出现在半导体中时，产生的附加势场使严格的周期性势场遭到破坏，可能在禁势场使严格的周期性势场遭到破坏，可能在禁带中引入允许电子的能量状态（即带中引入允许电子的能量状态（即能级能级）。）。杂质能级位于禁带之中杂质能级位于禁带之中Ec Ev杂质能级杂质能级我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物束缚在正电束缚在正电中心附近的中心附近的所受到的束所受到的束缚力比共价缚力比共价键键弱得多弱得多！我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证

11、实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电离的结果：电离的结果：导带中的电子数增加了，这即是导带中的电子数增加了，这即是掺施主杂质的意义所在。掺施主杂质的意义所在。 施主杂质施主杂质 能能 级级 图：图：施主杂施主杂质原子质原子电子电子我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物施施 主主 电电 离离 能：能：ED=EC-ED 施主杂质施主杂质束缚态束缚态：杂质未电离，中性：杂质未电离，中性离化态离化态：杂质电离成为正电：杂质电离成为正电中心，释放电子中心，释放电子EgEDECEV我吓了一跳，蝎子是多么丑

12、恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物施主杂质施主杂质：束缚在杂质能级上的电子被激发束缚在杂质能级上的电子被激发到导带到导带Ec成为导带电子，该杂质电离后成为成为导带电子，该杂质电离后成为正电正电中心中心（正离子）。这种杂质称为（正离子）。这种杂质称为施主杂质施主杂质。Si、Ge中中族杂质的电离能族杂质的电离能ED（eV）晶体晶体杂杂 质质P As SbSi 0.044 0.049 0.039Ge 0.0126 0.0127 0.0096硅、锗在硅、锗在T=0K T=0K 时的时的EgEg为为1.170eV1.170eV

13、和和0.7437eV0.7437eVCovalent Binding energy1-10 eV我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物How to calculate it?我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物浅施主杂质电离能的计算（浅施主杂质电离能的计算（类氢原子模型类氢原子模型）（1 1）：氢氢原原子子中中的的电电子子的的运运动动轨轨道道半半径径为为： 222roHohrnmq 对上述氢原子模型

14、对上述氢原子模型修正修正我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物22121650.4oohrAmq 22*2()rSioehrnmq()12rSi*0.4eomm修正修正我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物对于对于Si中的中的P原子，剩余电子的运动半径：原子，剩余电子的运动半径：65rASi的晶格常数为的晶格常数为5.4SiP 近自由电子近自由电子我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在

15、这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物P原子中这个多余的电子的运动半径远远原子中这个多余的电子的运动半径远远大大于于 其余四个电子，所受到的束缚最小，极其余四个电子，所受到的束缚最小，极易摆脱束缚成为自由电子。易摆脱束缚成为自由电子。P原子具有原子具有提供电子提供电子的能力，故称的能力，故称其为其为施主杂质施主杂质。所以：所以：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物对对于于 G Ge e 中中的的 P P 原原子子，剩剩余余电电子子的的运运动动半半径径：

16、 85rAn n= =1 1基基态态，电电子子的的能能量量为为 E E1 1 n n= =电电离离态态，电电子子的的能能量量为为 E Eo o 同理：同理： 施主施主电离能电离能我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1EEE氢原子中的电子的电离能为：氢原子中的电子的电离能为： 42213.68oHom gEevh我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物施主的施主的电离能：电离能：设施主杂质能级为设施主杂

17、质能级为ED施主杂质的电离能施主杂质的电离能ED=弱束缚的电子摆脱束缚弱束缚的电子摆脱束缚 成为晶格中自由运动的成为晶格中自由运动的 电子（导带中的电子）电子（导带中的电子） 所需要的能量所需要的能量 =ECEDEDECED我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物*4*222218eeDororm gmEmh 4228oom gh*21eHormEm = =E Ec cE ED D 氢原子基态氢原子基态电子的电离电子的电离能能13.6eV13.6eV我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它

18、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物如对于在如对于在Si、Ge中掺中掺P：*000.26,0.12eSieGemmmm=212,16,100rSirGer,0.04,0.064D SiD GeEeVEeVD=D=DCDEEEEcEDEv施主能级靠近导带底部施主能级靠近导带底部所以：所以：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物在在 SiSi 中，掺中，掺 P P： E ED D=0.044ev=0.044ev AsAs： E ED D=0.049ev

19、=0.049ev SbSb： E ED D=0.039ev=0.039ev 施主杂质的电离能小，在常温下基本上施主杂质的电离能小，在常温下基本上全部电离。全部电离。kT=0.026eV相当相当含有施主杂质的半导体，其导电的载流子主要是含有施主杂质的半导体，其导电的载流子主要是电子电子N型半导体，或电子型半导体。型半导体，或电子型半导体。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物举例：举例：Si中掺硼中掺硼B（Si：B）（1）、受主、受主(acceptor)能级能级我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西

20、，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Si（4价）被价）被B（3价）所取代价）所取代示意图示意图：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 受主杂质受主杂质 能能 级级 图图：负电中心负电中心空穴空穴我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物ECEgEVEAEA受主受主 电电 离离 能能： EA=EA-EV电离的结果：电离的结果：价带中的空穴数增加

21、了，这即是价带中的空穴数增加了，这即是掺受主的意义所在。掺受主的意义所在。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物束缚在杂质能级上的空穴被激发束缚在杂质能级上的空穴被激发到价带到价带EvEv成为价带空穴，该杂质电离后成为成为价带空穴，该杂质电离后成为负电负电中心中心（负离子）。这种杂质称为（负离子）。这种杂质称为受主杂质受主杂质。Si、Ge中中族杂质的电离能族杂质的电离能EA（eV）实验值实验值晶体晶体 杂杂 质质B Al Ga InSi 0.045 0.057 0.065 0.16Ge 0.01

22、0.01 0.011 0.011我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(2)受主电离能和受主能级受主电离能和受主能级*21PAHormEEm以掺以掺B为例：为例：0.04,0.01AASiGeEevEevAAVEEEEcEvEA受主能级靠近价带顶部受主能级靠近价带顶部我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物受主能级受主能级EA特点特点：受主杂质的电离能受主杂质的电离能小，在常温下基本小，在常温下基本上为

23、价带电离的电上为价带电离的电子所占据（空穴由子所占据（空穴由受主能级向价带激受主能级向价带激发）。发）。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物上述杂质的特点：上述杂质的特点：施主电离能施主电离能ED Eg受主电离能受主电离能 EA Eg浅能级杂质浅能级杂质我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物杂质向导带和价带提供电子和空穴的过程杂质向导带和价带提供电子和空穴的过程（电子从施主能级向导带的跃迁或空穴从受

24、（电子从施主能级向导带的跃迁或空穴从受主能级向价带的跃迁）称为杂质电离或杂质主能级向价带的跃迁）称为杂质电离或杂质激发。所需要的能量称为杂质的激发。所需要的能量称为杂质的电离能电离能。 称称具有这种导电能力的杂质半导体为具有这种导电能力的杂质半导体为非本征半非本征半导体。导体。电子从价带直接向导带激发，成为导带的自电子从价带直接向导带激发，成为导带的自由电子，这种激发称为由电子，这种激发称为本征激发本征激发，只有本征，只有本征激发的半导体称为激发的半导体称为本征半导体本征半导体。本征半导体和非本征半导体：本征半导体和非本征半导体：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美

25、丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例如：例如：Si Si 在室温下，本征载流子在室温下，本征载流子浓度为浓度为 10101010/cm/cm3 3， S Si i 的的原原子子浓浓度度为为 1 10 02 22 21 10 02 23 3/ /c cm m3 3 施施主主向向导导带带提提供供的的载载流流子子 = =1 10 01 16 61 10 01 17 7/ /c cm m3 3本本征征载载流流子子浓浓度度 掺入掺入P P：P P的浓度的浓度/Si/Si原子的浓度原子的浓度=10=10-6-6 少量的掺杂可少量的掺杂可有效地改变有效地改变和和人为控制

26、人为控制半导体半导体材料的导电行为材料的导电行为我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物掺掺施主施主的半导体的导带电子数主要由的半导体的导带电子数主要由施主施主决决定，半导体导电的载流子主要是电子（电子定，半导体导电的载流子主要是电子（电子数数空穴数），对应的半导体称为空穴数），对应的半导体称为N N型半导型半导体体。称电子为多数载流子，简称。称电子为多数载流子，简称多子多子，空穴，空穴为少数载流子，简称少子。为少数载流子，简称少子。 掺掺受主受主的半导体的价带空穴数由受主决定，的半导体的价带空穴数

27、由受主决定，半导体导电的载流子主要是空穴（空穴数半导体导电的载流子主要是空穴（空穴数电子数），对应的半导体称为电子数），对应的半导体称为P P型半导体。型半导体。空穴为多子，电子为空穴为多子，电子为少子少子。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.4.杂质的补偿作用杂质的补偿作用半导体中同时存在半导体中同时存在施主施主和和受主受主杂质，施主和杂质，施主和受主之间有互相抵消的作用受主之间有互相抵消的作用(1)NDNAEcED电离施主电离施主电离受主电离受主Evn=ND-NA此时半导体为此时半导体

28、为n型半导体型半导体 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(2) NDNAEcEDEAEv电离施主电离施主电离受主电离受主p=NA- ND此时半导体为此时半导体为p型半导体型半导体 (3) NDNAED上的电子刚好全部填满上的电子刚好全部填满EA上的空的状态，导带上的空的状态，导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度没有任何变化，中的电子浓度和价带中的空穴浓度没有任何变化，即即杂质的高度补偿杂质的高度补偿。此时，半导体性能很差！。此时，半导体性能很差！我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它

29、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5、深能级杂质、深能级杂质EcEvE DEA（1）浅能级杂质）浅能级杂质（2）深能级杂质）深能级杂质E D EgEA EgEDEgEAEgEcEvE DE DEAEA我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物非非族或族或族族的杂质元素在的杂质元素在GeGe、SiSi中所产生的中所产生的杂质能级位置杂质能级位置靠近禁带中线靠近禁带中线Ei,即产生的施主和即产生的施主和受主能级距受主能级距Ec或或Ev较远，称为较远，称为

30、深能级杂质深能级杂质。特点：特点：深能级杂质能产生多次电离，每次电离深能级杂质能产生多次电离，每次电离相应地有一个能级，所以深能级具有多重能级。相应地有一个能级，所以深能级具有多重能级。杂质杂质即能即能引入施主能级，引入施主能级，又能又能引入受主能级。深引入受主能级。深能级杂质对少子寿命起有效的控制作用。能级杂质对少子寿命起有效的控制作用。原因：原因：杂质原子的电子壳层结构、杂质原子的大杂质原子的电子壳层结构、杂质原子的大小以及杂质在半导体晶格中的位置等原因，而导小以及杂质在半导体晶格中的位置等原因，而导致杂质的多能级结构。致杂质的多能级结构。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它

31、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例例1：Au（族）在族）在Ge中是中是替位式替位式Au比比Ge少三个价电子，共有五种少三个价电子，共有五种可能可能的状态：的状态：（1）Au+；电离能很大，价电子为共价键束缚；电离能很大，价电子为共价键束缚（2） Au0 ；中性；中性（3） Au一一 ；得到一个电子；得到一个电子（4） Au二二 ；得到两个电子；得到两个电子（5） Au三；三；得到三个电子得到三个电子硅工艺中，常采用金硅工艺中，常采用金Au Au 或铂或铂PtPt 这两种贵金属。这两种贵金属。对应金在锗中的四个能级，一个施主，三个受主能级对应

32、金在锗中的四个能级，一个施主，三个受主能级库仑排斥库仑排斥电离能变大电离能变大我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例例2：Au（族）在族）在Si中中ECEAEDEV两个深杂质能两个深杂质能级，真正对少级，真正对少子寿命起控制子寿命起控制作用的是最靠作用的是最靠近禁带中部的近禁带中部的受主能级受主能级0.54eV。其它两个可能的受主能级目前还没有测量到，可其它两个可能的受主能级目前还没有测量到，可能的原因是由于电离能太大，大于能的原因是由于电离能太大，大于Eg而进入导带而进入导带或价带。或价带。我

33、吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物深能级杂质和缺陷的深能级杂质和缺陷的作用作用: 可以成为有效复合中心，大大降低载流子的可以成为有效复合中心，大大降低载流子的 寿命；寿命；2) 可以成为非辐射复合中心，影响半导体的发可以成为非辐射复合中心，影响半导体的发 光效率；光效率；3) 可以作为补偿杂质，大大提高半导体材料可以作为补偿杂质，大大提高半导体材料 的电阻率。的电阻率。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个

34、活的生物( (1 1) )空空位位 (空位、自间隙原子空位、自间隙原子)(1) 空位空位不饱和共价键倾向于接受电子，所以原子的空位起受主作用。悬挂键悬挂键6. Si、Ge元素半导体中的元素半导体中的缺陷缺陷我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(2) 填隙填隙SiSiSiSiSiSiSiSiSiSi间隙原子外的价电子未成键，间隙原子外的价电子未成键，故缺陷起故缺陷起施主作用施主作用 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：

35、表里边有一个活的生物2.32.3、 化合物半导体中的化合物半导体中的杂质杂质和和缺陷缺陷 1. 族化合物半导体中的杂质和缺陷族化合物半导体中的杂质和缺陷理想的 GaAs 晶格为 = G a- = A s+ = G a- = = A s+ = G a- = A s+ = = G a- = A s+ = G a- = （1）GaAs晶体中的晶体中的杂质杂质我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物u替位杂质可以替代替位杂质可以替代Ga，也可替代，也可替代Asu也可有间隙原子存在也可有间隙原子存在我吓了一跳

36、，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物施主杂质施主杂质 族元素族元素周期表中的周期表中的族元素族元素(Se、S、Te)在在GaAs中中通常都通常都替代替代族元素族元素As原子的晶格原子的晶格位置位置，由，由于于族原子比族原子比族原子族原子多多一个价电子，因此一个价电子，因此族杂质在族杂质在GaAs中一般起施主作用，为中一般起施主作用，为浅施浅施主杂质主杂质。 常用掺常用掺Te碲碲或或Se硒硒以获得以获得n型材料型材料我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉

37、快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物受主杂质受主杂质 族元素族元素族元素（族元素（Zn、Be、Mg、Cd、Hg）在）在GaAs中通常都取代中通常都取代族元素族元素Ga原子的原子的晶格位置，由于晶格位置，由于族原子比族原子比族原子少族原子少一个价电子，因此一个价电子，因此族元素杂质在族元素杂质在GaAs中通常起受主作用，均为中通常起受主作用，均为浅受主杂质浅受主杂质。常用掺ZnZn或或CdCd以获得以获得族化合物族化合物p p型型半导体半导体我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 两性杂质两

38、性杂质 族元素族元素族元素杂质（族元素杂质（Si、Ge、Sn、Pb）在）在GaAs中的作用比较复杂，可以取代中的作用比较复杂，可以取代族的族的Ga，也可以取代，也可以取代族的族的As，甚至可以同时，甚至可以同时取代两者，因此取代两者，因此族杂质不仅可以起族杂质不仅可以起施主施主作作用和用和受主受主作用，还可以起作用，还可以起中性中性杂质作用。杂质作用。例如：例如：在掺在掺Si浓度小于浓度小于11018cm-3时，时，Si全部全部取代取代Ga位而起施主作用，这时掺位而起施主作用，这时掺Si浓度和电子浓度和电子浓度一致；而在掺浓度一致；而在掺Si浓度大于浓度大于1018cm-3时，部时，部分分Si

39、原子开始取代原子开始取代As 位，出现补偿作用，使电位，出现补偿作用，使电子浓度逐渐偏低。子浓度逐渐偏低。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物GaAs中掺中掺Si（族）族） Ga：族族 As：族族 Si Ga受主受主SiAs两性杂质两性杂质施主施主两性杂质两性杂质：在化合物半导体中，某种杂在在化合物半导体中，某种杂在 其中既可以作施主又可以作受，这种其中既可以作施主又可以作受，这种 杂质称为杂质称为两性杂质两性杂质。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但

40、是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一般讲，硅和锗主要作为浅施主杂质，一般讲，硅和锗主要作为浅施主杂质，常常用来制备常常用来制备n型型GaAs和和GaN，而在实际，而在实际中中得到应用得到应用。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物中性杂质中性杂质 ，族元素族元素族元素（族元素（B、Al、In）和）和族元素（族元素（P、Sb）在）在GaAs中通常分别替代中通常分别替代Ga和和As，由，由于杂质在晶格位置上并不改变原有的价电子于杂质在晶格位置上并不改变原有的价电子数，因此既不给出

41、电子也不俘获电子而呈电数，因此既不给出电子也不俘获电子而呈电中性，中性，在禁带中不引入能级在禁带中不引入能级。对。对GaAs的电的电学性质学性质没有明显影响没有明显影响。但是但是，在在GaP中掺入中掺入族元素族元素N或或Bi，取代，取代P在禁带中产生能级，即在禁带中产生能级，即等离子陷阱等离子陷阱。What?我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物等电子陷阱等电子陷阱特征特征：a、与本征元素同族但不同原子序数，与本征元素同族但不同原子序数， 并和宿主原子电负性上有差别。并和宿主原子电负性上有差别。

42、例：例：GaP中掺入中掺入族的族的N或或Bi b、以替位形式存在于晶体中，基本上、以替位形式存在于晶体中，基本上 是电中性的。是电中性的。（a）等电子杂质）等电子杂质在在 族族化合物半导体掺入一定量的与宿主化合物半导体掺入一定量的与宿主原子原子等价等价的某种杂质原子，取代格点上的原子。的某种杂质原子，取代格点上的原子。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 由于由于电负性电负性的差别的差别，等电子杂质（如等电子杂质（如N）占据）占据本征原子位置（如本征原子位置（如GaAsP中的中的P位置）后，即位

43、置）后，即 N NP存在着由核心力引起的短程作用力，它们存在着由核心力引起的短程作用力，它们可以吸引一个导带电子（空穴）而变成负可以吸引一个导带电子（空穴）而变成负（正）离子，前者就是（正）离子，前者就是电子陷阱电子陷阱，后者就是后者就是 空穴陷阱空穴陷阱。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 1、N在在GaAsP中：中：NP 2、C在在Si中：中：CSi 3、O在在ZnTe中：中：OTe 其存在形式可以是其存在形式可以是（1）替位式：等电子陷阱；）替位式：等电子陷阱；（2）等电子络合物：如在）

44、等电子络合物：如在GaP中，中，Zn:Ga, O:P，形成复合体电中性的，形成复合体电中性的Zn-O结合物。呈结合物。呈电中性，但锌比镓阳性强，氧比磷阴性强，电中性，但锌比镓阳性强，氧比磷阴性强，所以所以Zn-O可吸引和俘获电子带负电，可吸引和俘获电子带负电，0.3eV我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 即等电子陷阱在俘获一种符号的载流子即等电子陷阱在俘获一种符号的载流子后，又因带电中心的库仑作用又俘获另后，又因带电中心的库仑作用又俘获另一种带电符号的载流子，这就是一种带电符号的载流子，这就是

45、束缚激束缚激子子。这种激子束缚态是等电子复合中心，例如：这种激子束缚态是等电子复合中心，例如：N掺入掺入GaP中，中，N取代取代P, 而束缚而束缚1个电子，成为负电中心，再吸引带个电子，成为负电中心，再吸引带正电的空穴而形成激子束缚态。正电的空穴而形成激子束缚态。它是间接带隙半导体材料它是间接带隙半导体材料制造发光器件的主要机理和途径。制造发光器件的主要机理和途径。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（2）GaAs晶体中的晶体中的点缺陷点缺陷当当T0K时：时： 空位空位VGa、VAs 间隙原子间

46、隙原子GaI、AsI 反结构缺陷反结构缺陷 Ga原子占据原子占据As空空 位，位，或或As原子占据原子占据Ga空位，记为空位，记为GaAs和和AsGa。 三种三种典型典型存在形式存在形式我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 ECEA1（ VGa ）=EV+0.01eVEA2（ VAs ）=EV+0.18eV EVGaAs的两种空位均的两种空位均表现为表现为受主受主作用作用。Si、Ge中的空位有不饱和中的空位有不饱和键可接受电子，因而呈现键可接受电子，因而呈现受主作用。受主作用。我吓了一跳，蝎子是

47、多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 例：例：GaAs中的中的反结构缺陷反结构缺陷GaAs：受主：受主AsGa：施主：施主因为因为As的的价电子价电子比比Ga多多。这类缺陷在离子性强的化合物半导体这类缺陷在离子性强的化合物半导体(GaN/ZnO)中中存在较少，由于强的库仑相互作用，使得引入的缺存在较少，由于强的库仑相互作用，使得引入的缺陷要很大的能量！陷要很大的能量！我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 化合物晶体

48、中的各类点缺陷可以电离，化合物晶体中的各类点缺陷可以电离，释放出释放出电子电子或或空穴空穴，从而影响材料的电，从而影响材料的电学性质。学性质。 当当 G Ga a 的的位位置置被被 A As s 取取代代后后，多多出出一一个个电电子子，相相当当于于施施主主； 当当 AsAs 的位置被的位置被 GaGa 取代后，少取代后，少一个电子，相当于受主。一个电子，相当于受主。 反结构反结构C、实际情况讨论、实际情况讨论我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 在实际晶体中，由于各种缺陷形成时所需在实际晶体中，

49、由于各种缺陷形成时所需要的要的能量能量不同，他们浓度会有很大差别。不同，他们浓度会有很大差别。 GaAs空位：空位： 曾经认为曾经认为VAs、VGa是比较重要的，最近发是比较重要的，最近发现，现，主要缺陷是主要缺陷是VAs、AsI。 对对GaAs中的中的VGa、VAs、AsI是起施主还是起是起施主还是起受主作用，尚有分歧，较多的人则采用受主作用，尚有分歧，较多的人则采用VAs、AsI为施主、为施主、VGa是受主的观点来解释各种是受主的观点来解释各种实验实验结果结果。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活

50、的生物2. 族化合物半导体的族化合物半导体的杂质杂质和和缺陷缺陷族化合物半导体是典型的族化合物半导体是典型的离子键离子键化合物化合物, 如：如：ZnO(1) -族化合物半导体中的族化合物半导体中的杂质杂质掺掺族：族：族族族，少一个电子，族，少一个电子，P型型掺掺族：族：族族族，多一个电子，族，多一个电子，N型型掺掺族：族：族族族，少一个电子，族，少一个电子，P型型掺掺族：族：族族族，多一个电子，族，多一个电子，N型型我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 （2）-族化合物半导体中的族化合物半导体中