第2章半导体中杂质和缺陷能级.ppt

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1、第2章 半导体中杂质和缺陷能级2.1硅锗晶体中的杂质能级n实际晶体与理想晶体的区别q原子并非在格点上固定不动q杂质的存在q缺陷n点缺陷（空位，间隙原子）n线缺陷（位错）n面缺陷（层错，晶粒间界）2.1.1替位式杂质、间隙式杂质n替位式杂质q杂质原子的大小与晶体原子相似qIII、V族元素在硅、锗中均为替位式杂质n间隙式杂质q杂质原子小于晶体原子n杂质浓度：单位体积内的杂质原子数NA，ND2.1.2施主杂质、施主能级n施主杂质qV族元素在硅、锗中电离时能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称此类杂质为施主杂质或n型杂质。n施主电离q施主杂质释放电子的过程。n施主能级q被施主杂质束缚的电子的能量

2、状态，记为ED，施主电离能量为ED。nn型半导体q主要依靠导带电子导电的半导体。2.1.3受主杂质、受主能级n受主杂质qIII族元素在硅、锗中电离时能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称此类杂质为受主杂质或p型杂质。n受主电离q受主杂质释放空穴的过程。n受主能级q被受主杂质束缚的空穴的能量状态，记为EA。受主电离能量为EAnp型半导体q主要依靠价带空穴导电的半导体。2.1.4 浅能级杂质电离能简单计算n类氢模型q氢原子中电子能量qn=1,2,3，为主量子数，当n=1和时n氢原子基态电子的电离能n考虑到正、负电荷处于介电常数=0r的介质中，且处于晶格形成的周期性势场中运动，所以有n施主杂质

3、电离能n受主杂质电离能2.1.5杂质的补偿作用n当NDNA时q n=ND-NA ND，半导体是n型的n当NDEA2EA1。q金在各种存在ED、EA3、EA2、EA1四个孤立能级。2.3缺陷、位错能级2.3.1点缺陷n热缺陷（由温度决定）1.单质、化合物半导体中均存在的点缺陷q弗伦克尔缺陷n成对出现的间隙原子和空位q肖特基缺陷n只形成空位而没有间隙原子2.只存在于化合物半导体中的点缺陷q对于化合物半导体，偏离正常的化学比q化合物半导体中的替位原子qn锗、硅中的情况q空位易于间隙原子出现q因为空位周围有四个不成对电子，所以空位表现出受主作用q每个间隙原子有四个可以失去的电子，所以表现出施主作用n化合物半导体的情况qGaAs中的镓空位和砷空位均表现为受主作用；q离子性强的化合物半导体（M,X），正离子空位是受主，负离子空位是施主，金属原子为间隙原子时为施主，非金属原子为间隙原子时为受主。q离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位错n锗中的60棱位错q（111）面内位错线10-1和滑移方向1-10之间的夹角是60，图2-18。q锗中位错具有受主及施主的作用。q晶格畸变