X年春季学期微电子器件基础-第二章28805.pptx

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1、第二章第二章 半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷2.1 2.1 锗、硅半导体中的杂质及能级锗、硅半导体中的杂质及能级 2.2-2.2-族化合物半导体中的杂质及能级族化合物半导体中的杂质及能级 2.3 2.3 宽禁带半导体中的杂质及能级宽禁带半导体中的杂质及能级 2.4 2.4 缺陷、位错能级缺陷、位错能级本章要点：本章要点：l 半导体中总是存在一定量的杂质和缺陷半导体中总是存在一定量的杂质和缺陷l 半导体中的杂质和缺陷有多种存在形式和性质半导体中的杂质和缺陷有多种存在形式和性质l 杂质和缺陷对半导体的性质具有重要作用甚至决定作用杂质和缺陷对半导体的性质具有重要作用甚至决定作用l 可以通过

2、掺杂改变半导体的性质可以通过掺杂改变半导体的性质定义：定义：l 杂质杂质 构成半导体的基质原子以外的其它原子构成半导体的基质原子以外的其它原子l 缺陷缺陷 偏离理想半导体周期结构的现象偏离理想半导体周期结构的现象SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiB BSiSiA A2.1.12.1.1 杂质的空间分布及其存在的状态杂质的空间分布及其存在的状态2.1 2.1 硅、锗半导体的杂质硅、锗半导体的杂质l 间隙杂质、替位杂质间隙杂质、替位杂质替位杂质替位杂

3、质间隙杂质间隙杂质以硅晶体掺磷为例：以硅晶体掺磷为例：2.1.22.1.2 施主杂质、施主能级施主杂质、施主能级P+磷原子磷原子4 4个价电子分别与周围个价电子分别与周围4 4个硅原子的个硅原子的1 1个价电子成共价键，个价电子成共价键，剩余剩余1 1个价电子被轻微束缚。束缚能很小，束缚电子容易被激发到个价电子被轻微束缚。束缚能很小，束缚电子容易被激发到硅导带成为自由电子，磷原子成为正离子。硅导带成为自由电子，磷原子成为正离子。施主能级只能被任意自旋的一个电子占据，所以简并度为施主能级只能被任意自旋的一个电子占据，所以简并度为2 2。束缚电子束缚电子束缚电子束缚电子P+按类按类氢氢原子模型，束

4、缚电子的能量、轨道半径，原子模型，束缚电子的能量、轨道半径，E对基态电子，对基态电子，l 硅半导体中磷杂质电离能计算硅半导体中磷杂质电离能计算施主电离能（基态电子脱离束缚所需能量），施主电离能（基态电子脱离束缚所需能量），（eVeV）+束缚态束缚态 磷离子磷离子 -导带底（半导体中自由电子的最低能量）导带底（半导体中自由电子的最低能量）电离电离+l 硅晶体中磷杂质存在状态的能带图表示硅晶体中磷杂质存在状态的能带图表示-施主杂质电离能施主杂质电离能 禁带中央能级禁带中央能级 施主能级施主能级导带电子导带电子 中和中和+施主正电荷中心施主正电荷中心-施主杂质电离后形成的离子实施主杂质电离后形成的离

5、子实施主杂质电离施主杂质电离-束缚电子被释放的过程束缚电子被释放的过程施主杂质电离能施主杂质电离能-束缚电子成为导带电子所需最小能量束缚电子成为导带电子所需最小能量施主杂质施主杂质-释放束缚电子、并成为不可动正电荷中心的杂质释放束缚电子、并成为不可动正电荷中心的杂质施主能级施主能级-束缚电子的基态能量束缚电子的基态能量施主束缚态（中性态）施主束缚态（中性态）-施主杂质未电离时的状态施主杂质未电离时的状态施主离化态施主离化态-施主杂质电离后的状态（不可动、带正电）施主杂质电离后的状态（不可动、带正电）N N型半导体型半导体-以导带电子导电为主的半导体以导带电子导电为主的半导体施主杂质浓度施主杂质

6、浓度-单位体积中施主杂质原子数单位体积中施主杂质原子数深施主杂质深施主杂质-施主能级离导带底较远的施主杂质施主能级离导带底较远的施主杂质浅施主杂质浅施主杂质-施主能级离导带底较近的施主杂质施主能级离导带底较近的施主杂质l描述施主杂质的术语描述施主杂质的术语l 浅施主、深施主杂质的能带图浅施主、深施主杂质的能带图浅施主杂质浅施主杂质深施主杂质深施主杂质深施主杂质深施主杂质束缚空穴束缚空穴以硅半导体掺硼为例：以硅半导体掺硼为例：2.1.32.1.3 受主杂质、受主能级受主杂质、受主能级B-B-硼原子硼原子3 3个价电子分别与周围个价电子分别与周围3 3个硅原子的个硅原子的1 1个价电子成共价键，个

7、价电子成共价键，同时产生同时产生1 1个束缚空穴。束缚能很小，被束缚空穴容易脱离束缚在个束缚空穴。束缚能很小，被束缚空穴容易脱离束缚在价带自由运动，而硼原子变成负离子。价带自由运动，而硼原子变成负离子。空穴可以在空穴可以在4 4个共价键位置上出现，所以受主能级的简并度为个共价键位置上出现，所以受主能级的简并度为4 4。束缚空穴束缚空穴B-El 硅半导体中硼杂质电离能计算硅半导体中硼杂质电离能计算按类氢原子模型，束缚空穴的能量值，按类氢原子模型，束缚空穴的能量值，基态空穴能量，基态空穴能量，基态空穴脱离束缚所需能量（受主电离能），基态空穴脱离束缚所需能量（受主电离能），-束缚态束缚态 硼离子硼离

8、子 空穴空穴 电离电离-l 硅半导体中硼杂质电离状态的能带表示硅半导体中硼杂质电离状态的能带表示-价带顶（自由空穴的最高能量）价带顶（自由空穴的最高能量）-受主杂质电离能受主杂质电离能 禁带中央能级禁带中央能级 受主能级受主能级中和中和受主负电荷中心受主负电荷中心-受主杂质电离后形成的离子实受主杂质电离后形成的离子实受主杂质电离受主杂质电离-束缚空穴被释放的过程束缚空穴被释放的过程受主杂质电离能受主杂质电离能-束缚空穴成为价带空穴所需最小能量束缚空穴成为价带空穴所需最小能量受主杂质受主杂质-释放束缚空穴，并成为不可动负电荷中心的杂质释放束缚空穴，并成为不可动负电荷中心的杂质受主能级受主能级-被

9、束缚空穴的基态能量被束缚空穴的基态能量受主束缚态（中性态）受主束缚态（中性态）-受主杂质未电离时的状态受主杂质未电离时的状态受主离化态受主离化态-受主杂质电离后的状态（不可动、带负电）受主杂质电离后的状态（不可动、带负电）P P型半导体型半导体-以价带空穴导电为主的半导体以价带空穴导电为主的半导体受主杂质浓度受主杂质浓度-单位体积中的受主杂质原子数单位体积中的受主杂质原子数深受主杂质深受主杂质-受主能级离价带底较远的施主杂质受主能级离价带底较远的施主杂质浅受主杂质浅受主杂质-受主能级离价带底较近的施主杂质受主能级离价带底较近的施主杂质l描述受主杂质的术语描述受主杂质的术语l 浅受主、深受主杂质

10、的能带图表示浅受主、深受主杂质的能带图表示深受主杂质深受主杂质深受主杂质深受主杂质浅受主杂质浅受主杂质例例1 1、(2)(2)施主弱束缚电子的基态轨道半径，施主弱束缚电子的基态轨道半径，埃埃(1)(1)施主杂质电离能，施主杂质电离能，施主杂质电离能施主杂质电离能 施主杂质束缚电子电子轨道半径施主杂质束缚电子电子轨道半径 锑锑 化化 铟铟 禁禁 带带 宽宽 度度 0.18eV0.18eV，相相 对对 介介 电电 常常 数数 1717，电电 子子 有有 效效 质质 量量 ，计算：，计算：1 1、施主杂质电离能；、施主杂质电离能；2 2、束缚电子基态轨道半径；、束缚电子基态轨道半径；解、解、施主释放

11、电子填满全部受主能级后，余下的电子发射到导带。施主释放电子填满全部受主能级后，余下的电子发射到导带。若杂质全部电离，半导体若杂质全部电离，半导体有效杂质浓度有效杂质浓度，A A、弱补偿、弱补偿 （N N型半导体）型半导体）2.1.42.1.4 杂质补偿半导体杂质补偿半导体 施主向受主能级发射电子，填充部分受主能级，剩余的受主施主向受主能级发射电子，填充部分受主能级，剩余的受主杂质向价带发射空穴。杂质向价带发射空穴。若杂质全部电离，若杂质全部电离，有效杂质浓度有效杂质浓度，（P P型半导体）型半导体）B B、弱补偿、弱补偿 C C、高度补偿、高度补偿 施主释放的电子基本全部填充受主能级，导带电子

12、浓度和价施主释放的电子基本全部填充受主能级，导带电子浓度和价带空穴浓度很低。带空穴浓度很低。有效杂质浓度，有效杂质浓度，（赝（赝本征半导体）本征半导体）利用杂质补偿，选择性改变半导体芯片局部区域导电类型或导利用杂质补偿，选择性改变半导体芯片局部区域导电类型或导电能力。电能力。l 杂质补偿原理的应用杂质补偿原理的应用 N N型杂质型杂质P-SiP-SiN N型区型区高浓度高浓度P P型区型区P-SiP-SiP-SiP-SiP-SiP-SiP P型杂质型杂质PNPN结结欧姆接触欧姆接触N N型区型区P-SiP-SiPNPPNP晶体管晶体管P-SiP-Si高度补偿区高度补偿区电阻电阻l硅半导体中各种

13、杂质能级测量结果硅半导体中各种杂质能级测量结果+施主能级、施主能级、-受主能级、？受主能级、？还不确定还不确定2.1.52.1.5 多能级杂质、双性杂质、杂质自补偿多能级杂质、双性杂质、杂质自补偿LiLi+0.0330.033MgMg-0.110.110.250.250.550.550.170.17TeTe+0.140.14?+-HgHg0.310.310.360.360.250.250.330.33参考：本教材图参考：本教材图2-92-9或叶良修或叶良修“半导体物理半导体物理”P84P84，图，图2-372-37DopantTypeTetrahedral Radius(angstroms)M

14、isfit FactorAcceptor Level,distance from valence band(eV)Donor Level,distance from conduction band(eV)Asn1.180-0.049Pn1.10.068-0.044Sbn1.360.153-0.039Alp1.260.0680.057-Bp0.880.2540.045-Gap1.260.0680.065-Ind1.440.220.16-Agd1.520.290.890.79Aud1.50.2720.570.76Cud1.28-0.24,0.37,0.52-Mod-0.3-Nid1.24-0.21

15、,0.76-Od-0.16Ptd-0.42,0.920.85Tid-0.26-Znd-0.31,0.56-Fed1.26-Table1.Silicon Impurities and their Propertiesl 多能级杂质多能级杂质 杂质多次电离，每次电离相应一个能级，称为多能级杂质。杂质多次电离，每次电离相应一个能级，称为多能级杂质。同种杂质在同一半导体中，既可呈施主性，又可呈受主性。同种杂质在同一半导体中，既可呈施主性，又可呈受主性。l 双性杂质双性杂质 例、例、0.04 0.04 0.04 0.04 0.20 0.20 0.150.150.54 0.54 0.35 0.35 金在锗

16、半导体中的能级金在锗半导体中的能级 金在硅半导体中的能级金在硅半导体中的能级例、金在硅、锗半导体中的多能级、深能级例、金在硅、锗半导体中的多能级、深能级中性态中性态在锗晶体中，金以替位方式存在，有在锗晶体中，金以替位方式存在，有5 5种荷电状态和对应能级，种荷电状态和对应能级，AuGeGe金在锗晶格格点金在锗晶格格点 价电子价电子6s6s1 1金原子金原子 2.2-2.2-族化合物半导体的杂质族化合物半导体的杂质2.2.1 2.2.1 杂质原子的空间位置杂质原子的空间位置族或族或V V族原子族原子杂质原子杂质原子替位式替位式间隙式间隙式族或族或V V族原子族原子T T2.2.2 2.2.2 砷

17、化镓中杂质及其能级状态砷化镓中杂质及其能级状态锂锂铜铜 银银金金 铍铍镁镁 锌锌镉镉铬铬碳碳硅硅锗锗锡锡铅铅锰锰铁铁钴钴镍镍钒钒碲碲硒硒硫硫A A、I I族元素族元素 I I族元素一般在砷化镓中起受主作用。族元素一般在砷化镓中起受主作用。银银-替位，受主能级（替位，受主能级（E EV V+0.11+0.11）eVeV、（、（E EV V+0.238+0.238）eVeV；金金-替位，受主能级（替位，受主能级（E EV V+0.09+0.09）eVeV；铜铜-替位，受主能级（替位，受主能级（E EV V+0.14+0.14）eVeV、（、（E EV V+0.44+0.44）eVeV；-替位铜原子

18、对替位铜原子对Cu-CuCu-Cu，受主能级（，受主能级（E EV V+0.24+0.24）eVeV；-间隙，施主能级（间隙，施主能级（E EC C-0.07-0.07）eVeV；锂锂-间隙，受主能级（间隙，受主能级（E EV V+0.023+0.023）eVeV；钠钠-施主，迁移率高、不稳定，不能作为掺杂剂；施主，迁移率高、不稳定，不能作为掺杂剂；B B、族元素族元素铍铍、镁镁、锌锌、镉镉比比镓镓原原子子少少1 1个个价价电电子子，替替位位取取代代镓镓原原子子，获获得得一个电子形成共价键，产生一个电子形成共价键，产生4 4个浅受主能级：个浅受主能级：（E EV V+0.030+0.030）e

19、VeV （E EV V+0.030+0.030）eVeV （E EV V+0.024+0.024）eVeV （E EV V+0.021+0.021）eVeV C C、IIIIII族元素、族元素、V V族元素族元素l 等电子杂质、等电子陷阱等电子杂质、等电子陷阱 杂质原子替代同族原子，称为杂质原子替代同族原子，称为等电子杂质等电子杂质。若杂质原子负电性大于被替代原子，能俘获电子形成负电中心；若杂质原子负电性大于被替代原子，能俘获电子形成负电中心；若杂质原子负电性小于被替代原子，能俘获空穴形成正电中心；若杂质原子负电性小于被替代原子，能俘获空穴形成正电中心；等电子杂质形成的带电中心称为等电子杂质形

20、成的带电中心称为等电子陷阱等电子陷阱。例：磷化镓例：磷化镓GaPGaP掺掺N NP PGaGaGaGaGaGaGaGa N N取代后取代后,能捕能捕获电子成负电中心，获电子成负电中心，被捕获电子的电离被捕获电子的电离能能0.008eV0.008eV0.008 0.008 N N原子价电子组态原子价电子组态2s2s2 2p p3 3,负电性负电性3.03.0 P P原子价电子组态原子价电子组态3s3s2 23p3p3 3,负电性负电性2.12.1 等电子陷阱俘获一种载流子成为带电中心后，又俘获另一种电荷等电子陷阱俘获一种载流子成为带电中心后，又俘获另一种电荷符号相反的载流子，形成符号相反的载流子

21、，形成束缚激子束缚激子。例、磷化镓的等电子络合物例、磷化镓的等电子络合物l 束缚激子束缚激子l 等电子络合物等电子络合物 O替代替代ZnZn替代替代GaGa负电性：负电性：P=2.1P=2.1，O=3.5=3.5，Zn=1.6Zn=1.6，Ga=1.6Ga=1.6 2 2价价ZnZn、6 6价价O原子处于相邻格原子处于相邻格点时，结合更紧密，点时，结合更紧密，Zn-Zn-O络合络合物俘获电子带负电，称为等电物俘获电子带负电，称为等电子络合物。子络合物。P PGaGaGaGaGaGaGaGaD D、IVIV族元素碳、硅、锗、锡、铅族元素碳、硅、锗、锡、铅 IV IV族原子替位族原子替位IIIII

22、I族起施主作用族起施主作用,IV,IV族原子替位族原子替位V V族原子起受族原子起受主作用，产生双性多能级。主作用，产生双性多能级。GaSiAs例、例、GaGaEC-0.002eV-浅施主，浅施主，SiGaEV+0.03eV-浅受主，浅受主，SiAsGa 砷化镓掺硅浓度砷化镓掺硅浓度10101818 cm cm-3-3时，时，部分硅原子替代镓起浅施主作用，部分硅原子替代镓起浅施主作用，部分硅原子替代砷起浅受主作用。部分硅原子替代砷起浅受主作用。导带电子浓度趋于饱和，不随硅导带电子浓度趋于饱和，不随硅杂质浓度增加而增加，形成自补杂质浓度增加而增加，形成自补偿。偿。101018 18 101019

23、1910102020砷化镓中硅原子浓度砷化镓中硅原子浓度导带电子浓度导带电子浓度101017171010181810101919 自补偿自补偿工业上，采用硅、锗、锡作为砷化镓掺杂剂获得工业上，采用硅、锗、锡作为砷化镓掺杂剂获得N N型砷化镓。型砷化镓。EV+0.10eV-(SiGaSiAs)或或(SiGa-VGa)络合物络合物EC-0.002eV-浅施主，浅施主，SiGaEV+0.22eV-砷砷-空位络合物空位络合物EV+0.03eV-浅受主，浅受主，SiAs SiGa SiAs络合物、络合物、SiGa-VGa 络合物、络合物、As-空位络合物空位络合物AsGaSiGaVGaGaSiGa Si

24、As络合物络合物GaSiGaSiAsGaGaSiGa-VGa 络合物络合物AsGaVGaGaGa砷砷-空位络合物空位络合物 VIVI族原子替代族原子替代V V族原子，比族原子，比V V族原子多的一个价电子容易失去，族原子多的一个价电子容易失去，产生施主能级。产生施主能级。掺掺碲碲或或硒硒获得获得N N型砷化镓。型砷化镓。p p型砷化镓掺型砷化镓掺氧氧获得电阻率获得电阻率10107 7cmcm的半绝缘砷化镓。的半绝缘砷化镓。E E、VIVI族元素氧、硫、硒、碲族元素氧、硫、硒、碲钒钒产产生生深深施施主主能能级级（E EC C -0.22-0.22）eVeV，铬铬、锰锰、铁铁、钴钴、镍镍分分别别产

25、产生生受受主主能能级级（E EV V+0.79+0.79）eVeV、（E EV V +0.095+0.095）eVeV、（E EV V +0.52+0.52）eVeV、（E EV V+0.16+0.16）eVeV、（、（E EV V+0.21+0.21）eVeV。N N型砷化镓掺型砷化镓掺铬铬制得电阻率制得电阻率10107 7cmcm的半绝缘砷化镓。的半绝缘砷化镓。F F、过渡族元素钒、铬、锰、铁、钴、镍过渡族元素钒、铬、锰、铁、钴、镍过渡族元素过渡族元素-d-d、f f壳层部分填充电子的元素壳层部分填充电子的元素 2.3 2.3 宽禁带半导体宽禁带半导体GaNGaN、AlNAlN、SiCSi

26、C中的杂质及杂质能级中的杂质及杂质能级 杂质或缺陷杂质或缺陷镓位镓位氮位氮位性质性质Si0.012-0.02DVN(氮空位）氮空位）0.03;0.1DC0.11-0.14DMg0.26;0.6DVGa(镓空位）镓空位）0.14AMg0.14-0.21ASi0.19AZn0.21-0.34AHg0.41ACd0.55ABe0.7AC0.89Li0.75A表表2-4 2-4 纤锌矿型纤锌矿型GaNGaN杂质能级杂质能级(eV)(eV)图图2-14 2-14 纤锌矿型纤锌矿型AlNAlN杂质能级杂质能级(eV)(eV)导带导带价带价带0 01 12 23 34 45 56 6-氮空位氮空位-碳替代铝

27、碳替代铝-铝替代氮铝替代氮杂质杂质6H-SiC6H-SiC4H-SiC4H-SiC3C-SiC3C-SiCN0.081(D)0.052(D)0.06-0.1(D)0.138(D)0.092(D)0.142(D)Al0.23(A)0.23(A)0.26(A)0.1-0.27(A)B0.35(A)0.29(A)0.735(A)Ga0.29(A)0.3(A)0.343(A)Sc0.52-0.55(A)Ti0.6(A)0.12(D)(Ti-N(Ti-N对）对）0.16(D)Cr0.54(D)0.15(D)0.18(D)0.74(D)表表2-5 3C-SiC2-5 3C-SiC、4H-SiC4H-SiC

28、、6H-SiC6H-SiC的杂质能级的杂质能级(eV)(eV)杂质杂质6H-SiC6H-SiC4H-SiC4H-SiC3C-SiC3C-SiCV0.7(D)0.97(D)0.66(D)1.6(A)0.092(D)Be0.32-0.42(A)0.23(A)0.26(A)P0.085(D)0.135(D)热涨落使部分格点原子克热涨落使部分格点原子克服势垒，迁移到晶体表面格服势垒，迁移到晶体表面格点，形成空位。点，形成空位。一定温度下空位浓度，一定温度下空位浓度，l 肖特基缺陷肖特基缺陷势垒势垒 V V2.4 2.4 半导体的本征点缺陷、线缺陷及其性质半导体的本征点缺陷、线缺陷及其性质2.4.12.

29、4.1 半导体的本征点缺陷半导体的本征点缺陷 -晶格原子浓度晶格原子浓度 格点原子脱离格点进入间格点原子脱离格点进入间隙，形成间隙原子和空位。隙，形成间隙原子和空位。一定温度下，一定温度下，弗仑克耳缺弗仑克耳缺陷浓度，陷浓度，l 弗仑克耳缺陷弗仑克耳缺陷V V势垒势垒 晶格间隙浓度晶格间隙浓度 晶格空位浓度晶格空位浓度 空位最近邻空位最近邻4 4个硅原子各有个不成键电子，能接受电子，个硅原子各有个不成键电子，能接受电子，起受主作用。起受主作用。间隙硅原子的间隙硅原子的4 4个价电子可以失去，起施主作用。个价电子可以失去，起施主作用。SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiS

30、i空位空位l 硅、锗半导体的本征点缺陷及其性质硅、锗半导体的本征点缺陷及其性质 性质：性质：正离子空位带负电正离子空位带负电(受主性），负离子空位带正电（施主性）受主性），负离子空位带正电（施主性）负电性小的间隙原子是施主，负电性大的间隙原子是受主负电性小的间隙原子是施主，负电性大的间隙原子是受主 负电性小的原子偏多产生负离子空位，负电性大的原子偏多负电性小的原子偏多产生负离子空位，负电性大的原子偏多 产生正离子空位产生正离子空位l 化合物半导体的本征点缺陷及其性质化合物半导体的本征点缺陷及其性质 例例1 1、A A+B B-型离子晶体本征点缺陷型离子晶体本征点缺陷-+-+-+-+-+-+-+

31、-+-+-+-+负离子空位负离子空位（带正电）（带正电）正离子空位正离子空位（带负电）（带负电）+间隙正离子间隙正离子（带正电）（带正电）-间隙负离子间隙负离子（带负电）（带负电）例例1 1、在硫分压大的气氛中处理硫化铅，产生铅空位获得在硫分压大的气氛中处理硫化铅，产生铅空位获得P P型硫化铅；型硫化铅；在铅分压大的气氛中处理硫化铅，产生硫空位获得在铅分压大的气氛中处理硫化铅，产生硫空位获得N N型硫化铅；型硫化铅；l 通过控制成分及其比例改变化合物半导体的导电类型通过控制成分及其比例改变化合物半导体的导电类型 例例2 2、在真空中对氧化锌进行脱氧处理，产生氧空位获得在真空中对氧化锌进行脱氧处

32、理，产生氧空位获得N N型氧化锌；型氧化锌；负电性：负电性：硫硫2.58 2.58 铅铅2.33 2.33 负电性：负电性：氧氧3.5 3.5 锌锌1.65 1.65 AsAsAsAsAsAsGaGaAsAsGaGaAsAsGaGaGaGaGaGaGaGaGaGal 砷化镓半导体的本征点缺陷及其性质砷化镓半导体的本征点缺陷及其性质GaGaGaGaGaGaAsAsAsAsGaGaAsAsAsAsAsAsAsAsGaGaGaGaV VGaGaV VAsAs 砷空位砷空位-产生产生1 1个受主能级：（个受主能级：（E EV V+0.12+0.12）eVeV 镓空位镓空位产生产生2 2个受主能级：个受

33、主能级：(E(EV V+0.01)+0.01)、(E(EV V+0.18)eV+0.18)eV 镓偏多或砷偏多，容易形成砷空位或镓空位镓偏多或砷偏多，容易形成砷空位或镓空位AsAs负电性：负电性：Ga=1.5Ga=1.5，As=2.0 As=2.0 X XX XX XX XM MX XM MV VM MM MM MX XM MX XM MM MX XM MM MM MX XX XM MM MV VX X M-M-负电性小的原子负电性小的原子 X-X-负电性大的原子负电性大的原子 V VM M-正离子空位正离子空位 V VX X-负离子空位负离子空位l 离子半导体（硫化物、硒化物、氧化物）的本征

34、点缺陷离子半导体（硫化物、硒化物、氧化物）的本征点缺陷X XM MX X强强离离子子性性化化合合物物半半导导体体库库仑仑排排斥斥力力大大，形形成成替替位位原原子子需需较较大能量，反结构缺陷少。大能量，反结构缺陷少。B BB BSiSiSiSiA AB BA AB BSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiGaGaGaGaGaGaGaGaB BA A A AB BA AA AA AB BA AB BA AB BA AB BB BA A A-A-价电子少的原子价电子少的原子B-B-价电子多的原子价电子多的原子A AB B-A-A替代替代B BB BA A-B-B替代替代A Al 反结构缺陷

35、（替位原子）反结构缺陷（替位原子）A AB B-受主，受主，B BA A-施主施主A AB B中性中性受主受主施主施主位错原子与周围位错原子与周围3 3个原子个原子形成共价键，形成共价键，1 1个不成对个不成对电子形成不饱和共价键。电子形成不饱和共价键。位错原子与周围位错原子与周围3 3个原个原子形成共价键，不饱和子形成共价键，不饱和键俘获键俘获1 1个电子带负电。个电子带负电。位错原子与周围位错原子与周围3 3个个原子形成共价键，失原子形成共价键，失去不成对电子带正电。去不成对电子带正电。l硅、锗半导体的位错能级硅、锗半导体的位错能级2.4.2 2.4.2 位错及其性质和作用位错及其性质和作

36、用 压缩区压缩区 伸张区伸张区 位错能级位错能级位错能级位错能级0.2-0.350.2-0.350.60.6位错在硅、锗半导体中分别产生一个受主能级，位错在硅、锗半导体中分别产生一个受主能级，SiSi半导体半导体GeGe半导体半导体位错附近存在一个随距离增加而减弱的应变场位错附近存在一个随距离增加而减弱的应变场位错附近一侧晶体被压缩，禁带宽度增大；一侧晶体被伸张，位错附近一侧晶体被压缩，禁带宽度增大；一侧晶体被伸张，禁带宽度减小禁带宽度减小比格点原子大的杂质原子倾向在晶体被伸张一侧聚集，比格比格点原子大的杂质原子倾向在晶体被伸张一侧聚集，比格点原子小的杂质原子倾向在晶体被压缩一侧聚集点原子小的

37、杂质原子倾向在晶体被压缩一侧聚集降低杂质激活能，杂质沿位错扩散速度大大增加降低杂质激活能，杂质沿位错扩散速度大大增加使晶体缺陷运动使晶体缺陷运动沿位错的化学腐蚀速度高沿位错的化学腐蚀速度高位错密度较高时，位错和杂质补偿，使电子或空穴浓度降低位错密度较高时，位错和杂质补偿，使电子或空穴浓度降低位错可以运动位错可以运动l位错性质及其影响位错性质及其影响-形变常数（单位体积形变对应的导带底、价带顶变化）形变常数（单位体积形变对应的导带底、价带顶变化）-无位错导带底、价带顶无位错导带底、价带顶l 位错附近半导体禁带宽度的变化量位错附近半导体禁带宽度的变化量压缩区压缩区 伸张区伸张区 替位杂质、间隙杂质

38、替位杂质、间隙杂质 杂质浓度、施主杂质、受主杂质、深能级杂质、浅能级杂质杂质浓度、施主杂质、受主杂质、深能级杂质、浅能级杂质 多能级杂质、双性杂质、杂质补偿、杂质电离多能级杂质、双性杂质、杂质补偿、杂质电离 杂质电离、杂质束缚态（中性态）、杂质电离能、施主离子、受主离子杂质电离、杂质束缚态（中性态）、杂质电离能、施主离子、受主离子 等电子杂质、等电子络合物、等电子陷阱等电子杂质、等电子络合物、等电子陷阱 位错、点缺陷、空位位错、点缺陷、空位 施主杂质状态的能带表示施主杂质状态的能带表示 受主杂质状态的能带表示受主杂质状态的能带表示 杂质补偿原理的能带表示杂质补偿原理的能带表示第二章第二章 要求掌握的内容要求掌握的内容u 基本图示基本图示u 基本概念基本概念谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH