第二章半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級終稿講解

1、第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級金鋼石晶體結(jié)構(gòu)中的四面體間隙位置金鋼石晶體結(jié)構(gòu)中的六角形間隙位置SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi 施施 主主 摻摻 雜雜（摻磷（摻磷）SiP+SiSiSiSiSiSiSi-磷替代硅，其效果是磷替代硅，其效果是形成一個正電中心形成一個正電中心P+和一個多余的價(jià)電子。和一個多余的價(jià)電子。這個多余的價(jià)電子就這個多余的價(jià)電子就束縛在正電中心束縛在正電中心P+的的周圍（弱束縛）。周圍（弱束縛）。+4+4+5+4多余多余價(jià)電子價(jià)電子磷原子磷原子帶有分立的施主能級帶有分立的施主能級的能帶圖的能帶圖施主能

2、級電離能帶圖施主能級電離能帶圖 受受 主主 摻摻 雜雜（摻硼）（摻硼）SiB-SiSiSiSiSiSiSi+硼原子接受一個電子后，硼原子接受一個電子后，成為帶負(fù)電的硼離子，成為帶負(fù)電的硼離子，稱為負(fù)電中心（稱為負(fù)電中心（B- ） 。帶負(fù)電的硼離子和帶正帶負(fù)電的硼離子和帶正電的空穴間有靜電引力電的空穴間有靜電引力作用，這個空穴受到硼作用，這個空穴受到硼離子的束縛，在硼離子離子的束縛，在硼離子附近運(yùn)動。附近運(yùn)動。空穴空穴B-+4+4+3+4受主能級電離能帶圖受主能級電離能帶圖帶有分立的受主能級帶有分立的受主能級的能帶圖的能帶圖 被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級EA。 施主能級位于離價(jià)帶頂

3、很近的禁帶中 雜質(zhì)原子間的相互作用可忽略，某一種雜質(zhì)的受主能級是一些具有相同能量的孤立能級。表2-2 硅、鍺晶體中III族雜質(zhì)的電離能(eV)施主和受主濃度：施主和受主濃度：ND、NA施主：施主：Donor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中 提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如 Si中摻的中摻的P 和和As受主：受主：Acceptor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中 提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。如提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。如 Si中摻的中摻的B 總結(jié)222024032nqmE

4、nn=1時(shí),基態(tài)電子能量eVqmE613322202401.n=時(shí)，氫原子電離E=0氫原子的電離能eVEEE6 .1310eVEEE6 .13102020022022461332rnrnrnDmmEmmqmE*.0*26. 0mmn12reVED025. 00*12. 0mmn0*12. 0mmn0*12. 0mmn16reVED0064. 020*200*22024*6 .138rPrPrPAmmEmmhqmE00220220202044rmmnmqrnmqrnrnr*基態(tài)下（n=1），氫原子的軌道半徑：nmr05301.作業(yè)：第二章習(xí)題7第二章習(xí)題8兩題都加上第三小問 請畫出雜質(zhì)能級的能帶

5、圖n在半導(dǎo)體中，若同時(shí)存在著在半導(dǎo)體中，若同時(shí)存在著施主施主和和受主受主雜質(zhì)，施雜質(zhì)，施受主雜質(zhì)之間有受主雜質(zhì)之間有互相抵消互相抵消的作用，通常稱為的作用，通常稱為雜質(zhì)雜質(zhì)的補(bǔ)償作用的補(bǔ)償作用。NDNANANDNANDNDNA因?yàn)槭苤髂芗壍陀谑┲髂芗?，所以施主雜質(zhì)的電子首先躍遷到NA個受主能級上，還有ND-NA個電子在施主能級上，雜質(zhì)全部電離時(shí)，躍遷到導(dǎo)帶中的導(dǎo)電電子的濃度為n= ND-NA。即則有效施主濃度為NAeff ND-NAECEVEDEA2、 當(dāng)當(dāng)NAND 施主能級上的全部電子躍遷到受主能級上，施主能級上的全部電子躍遷到受主能級上，受主能級上還有受主能級上還有NA-ND個空穴，它們可

6、接受價(jià)個空穴，它們可接受價(jià)帶上的帶上的NA-ND個電子，在價(jià)帶中形成的空穴濃個電子，在價(jià)帶中形成的空穴濃度度p= NA-ND. 即有效受主濃度為即有效受主濃度為NAeff NA-NDECEVEDEA3、當(dāng)NAND時(shí)， 不能向?qū)Ш蛢r(jià)帶提供電子和空穴，稱為雜質(zhì)的高度補(bǔ)償. 這種材料容易被誤認(rèn)高純半導(dǎo)體，實(shí)際上含雜質(zhì)很多，性能很差， 不能用采制造半導(dǎo)體器件. 雜質(zhì)補(bǔ)償作用雜質(zhì)補(bǔ)償作用是制造各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)是制造各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ) 如能根據(jù)需要用擴(kuò)散或離子注人方法來改變半導(dǎo)如能根據(jù)需要用擴(kuò)散或離子注人方法來改變半導(dǎo)體中某一區(qū)域的導(dǎo)電類型，以制成各種器件體中某一區(qū)域的導(dǎo)電類型，以制成各種器件.

7、晶體管制造過程中的雜質(zhì)補(bǔ)償晶體管制造過程中的雜質(zhì)補(bǔ)償n型型Si外延層外延層PN硼磷NN金在鍺中產(chǎn)生的能級金在鍺中產(chǎn)生的能級金在鍺中產(chǎn)生4個能級， ED是施主能級，EA1、EA2和EA3是受主能級。中性金原子只有一個價(jià)電子，它取代鍺原子后，金的這一價(jià)電子可以電離躍遷到導(dǎo)帶，形成施主能級ED。它也可以從價(jià)帶接受3個電子，形成三個受主能級。金有5種荷電狀態(tài)，Au+, Au0, Au-, Au-,Au-ECEVEDEA1EiEA2EA30.040.200.150.04金在鍺中的能級金在鍺中的能級晶體雜質(zhì)GaAsGaPGaAs、GaP晶體中受主雜質(zhì)的電離能晶體中受主雜質(zhì)的電離能GaAs電子濃度和硅雜質(zhì)濃度的關(guān)系電子濃度和硅雜質(zhì)濃度的關(guān)系晶體雜質(zhì)GaAsGaPGaAs、GaP晶體中受主雜質(zhì)的電離能（晶體中受主雜質(zhì)的電離能（eV) 間隙原子缺陷：間隙原子缺陷：只有間隙原子而無原子空位只有間隙原子而無原子空位肖特基缺陷：肖特基缺陷：n2.3.2 位錯 線位錯（在一條線附近原子的排列偏離了嚴(yán)格的周期性） 面位錯（在一個面附近原子的排列偏離了嚴(yán)格的周期性） 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得： Si中