半导体物理2.ppt

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1、半导体 物理 SEMICONDUCTOR PHYSICSSl李德昌李德昌l l西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院理学院理学院 1、杂质与杂质能级、杂质与杂质能级l杂质：杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其它元素。半导体中存在的与本体元素不同的其它元素。2.1 Si、Ge晶体中的杂质能级晶体中的杂质能级 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。第二章第二章 半导体中的杂质和缺陷能级半导体中的杂质和缺陷能级杂质能级位于禁带之中杂质能级位于禁带之中 Ec 杂质能级 Ev 2、施主能级：、施主能级：举例：举例：举例：举例：SiSi中

2、掺磷中掺磷中掺磷中掺磷P P（SiSi：P P）导带电子电离施主 P+ED DED D电离的结果：电离的结果：导带中的电子数增加了，这即是掺施主的意义掺施主的意义所在。施 主 电 离 能：ED=EC-ED l l E EDD=E=ECC-E-EDDEgECEDEV施主杂质：施主杂质：束缚在杂质能级上的电子被激发到导带Ec成为导带电子，该杂质电离后成为正电中心（正离子）。这种杂质称为施主杂质。Si、Ge中族杂质的电离能ED（eV）晶体 杂 质 P As Sb Si 0.044 0.049 0.039 Ge 0.0126 0.0127 0.00963、受主能级：举例：Si中掺硼 B（Si：B）价带

3、空穴电离受主 B-受主能级受主能级受主能级受主能级 E EAA电离的结果：电离的结果：价带中的空穴数增加了，这即是掺受主的意义掺受主的意义所在。受主 电 离 能：EA=EA-EVEgEAEAEVEC受主杂质：受主杂质：束缚在杂质能级上的空穴被激发到价带Ev成为价带空穴，该杂质电离后成为负电中心（负离子）。这种杂质称为受主杂质。Si、Ge中族杂质的电离能EA（eV）晶体 杂 质 B Al Ga In Si 0.045 0.057 0.065 0.16 Ge 0.01 0.01 0.011 0.011l上述杂质的特点：施主电离能ED Eg受主电离能 EANA时 n型半导体型半导体 所以：有效的施主

4、浓度 ND*=ND-NAniEDEA 因 EA 在 ED 之下，ED上的束缚电子首先填充EA上的空位，即施主与受主先相互“抵抵消消”，剩余的束缚电子再电离到导带上。5 5、杂杂 质质 的的 补补 偿偿 作作 用用（B）NAND时时 p型半导体型半导体 因 EA 在 ED 之下，ED上的束缚电子首先填充EA上的空位，即施主与受主先相互“抵消抵消”，剩余的束缚空穴再电离到价带上。ED EA所以：有效的受主浓度 NA*=NA-NDni（C）NA ND时时 杂质的高度补偿杂质的高度补偿本征激发的导带电子EcEDEAEv本征激发的价带空穴6、深能级杂质（1）浅能级杂质）浅能级杂质（2）深能级杂质）深能级

5、杂质E D EgEA EgE DEAEAE DE DEAEcEcEvEvEDEgEAEg例例1：Au（族）在族）在Ge中中Au在Ge中共有五种五种可能的状态：（1）Au+；（2）Au0；（3）Au一；（4）Au二；（5）Au三。例例2：Au（族）在族）在Si中中ECEAEDEV7、等电子陷阱（1）等电子杂质）等电子杂质特征：a、与本征元素同族但不同原子序数 例：例：GaP中掺入族的N或Bi b、以替位形式存在于晶体中，基本上 是电中性的。（2）等电子陷阱）等电子陷阱 等电子杂质（如N）占据本征原子位置（如GaAsP中的P位置）后，即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

6、）而变成负（正）离子，前者就是电子陷阱电子陷阱，后者就是空穴陷阱空穴陷阱。N NP等 电 子 陷 阱 举 例1、N在GaAsP中：NP 2、C在Si中：CSi 3、O在ZnTe中：其存在形式可以是 （1）替位式 （2）复合体，如 Zn-O8、束缚激子 即等电子陷阱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一种带电符号的载流子，这就是束缚束缚激子激子。9、两性杂质举例：GaAs中掺Si（族）Ga：族 As：族 Si Ga受主SiAs施主两性杂质：两性杂质：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 杂质称为两性杂质。两性杂质1、点 缺 陷：l空位 l 自间隙原子l

7、反结构缺陷l 各种复合体l 位 错2.2 缺 陷 能 级（1）Si中的点缺陷：以空位、间隙和复合体为主lA、空位V0+eV-（受主）V0-eV+（施主）ED1ED2lEclEAlED1lED2lEVB、间隙例1：Si：B空位EcEDEAEv例2、复合体“V”:空位。O-V复合体：EA=EC-0.17eVAs-V复合体：EA=EC-0.4eVP-V复合体：EA=EC-0.47eV（2）GaAs中的点缺陷l点 缺 陷分类：l 1、空位：VAs，VGa。2、间隙：I As，IGa。3、反结构缺陷：BA，AB。A、空 位 ECEA1（VGa）=EV+0.01eVEA2（VAs）=EV+0.18eV EVB、反结构缺陷：AB 或 BA特征：特征：出现在化合物半导体中l例：GaAs中的反结构缺陷GaAs：受主AsGa：施主2、位错能级（主要指线缺陷）例：Si中的60O位错李德昌李德昌西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院 半导体 物理 SEMICONDUCTOR PHYSICS