雜質(zhì)缺陷-by石聰12121855

1、半半導(dǎo)導(dǎo)體體中的中的雜質(zhì)雜質(zhì)缺陷缺陷雜質(zhì)缺陷石聰12121855.目目錄錄l雜質(zhì)雜質(zhì) 雜質(zhì)的分類 雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的分布 雜質(zhì)原子的影響l缺陷缺陷 雜質(zhì)缺陷的分類及作用l化合物半化合物半導(dǎo)導(dǎo)體中的體中的雜質(zhì)雜質(zhì)缺陷缺陷 III-V族化合物中的雜質(zhì) 兩性雜質(zhì) 單極型半導(dǎo)體和雙極型半導(dǎo)體.雜質(zhì)雜質(zhì)l雜質(zhì)雜質(zhì)：半半導(dǎo)導(dǎo)體中存在的體中存在的與與本體元素不同的其本體元素不同的其它它元素元素雜質(zhì)來雜質(zhì)來源源: : （1 1）有意）有意摻摻入入為為了控制半了控制半導(dǎo)導(dǎo)體的性體的性質(zhì)質(zhì)l （2 2）無意）無意摻摻入入原材料工原材料工藝藝上上純純度不度不夠夠, ,或沾或沾污污雜質(zhì)雜質(zhì)在半在半導(dǎo)導(dǎo)體中的分布體中的分

2、布狀況狀況 （1 1）替位式）替位式雜質(zhì)雜質(zhì) （2 2）間間隙式隙式雜質(zhì)雜質(zhì).雜質(zhì)雜質(zhì)在半在半導(dǎo)導(dǎo)體中的分布體中的分布A為間隙式雜質(zhì),位于晶格原子間的間隙位置的雜質(zhì).這種原子一般比較小,如離子鋰半徑為0.068nm,很小,在硅、鍺、砷化鎵中是間間隙式隙式雜質(zhì)雜質(zhì)。B為替位式雜質(zhì),取代晶格原子而位于晶格點(diǎn)處的雜質(zhì).這種原子的大小一般與被取代的晶格原子大小比較接近，而且要求它們的價(jià)電子殼層結(jié)構(gòu)也比較接近。如III，V族元素在硅、鍺晶體中是替位式替位式雜質(zhì)雜質(zhì)。雜質(zhì)原子在Si晶體中的兩種存在方式.雜質(zhì)雜質(zhì)原子的影原子的影響響(1)(1)雜質(zhì)出現(xiàn)在半導(dǎo)體中時(shí)，產(chǎn)生的附加勢(shì)場(chǎng)使嚴(yán)格雜質(zhì)出現(xiàn)在半導(dǎo)體中時(shí)，

3、產(chǎn)生的附加勢(shì)場(chǎng)使嚴(yán)格的周期性勢(shì)場(chǎng)遭到破壞：的周期性勢(shì)場(chǎng)遭到破壞：(2)在禁帶中引入允許電子具有的能量狀態(tài)(即雜質(zhì)能級(jí))，從而對(duì)半導(dǎo)體性質(zhì)產(chǎn)生決定性的影響雜質(zhì)雜質(zhì)能能級(jí)級(jí)E Et tEcEcEvEv(3)在純凈半導(dǎo)體中摻摻入施主或受主入施主或受主雜雜質(zhì)質(zhì),雜質(zhì)電離以后,導(dǎo)帶中的導(dǎo)電載流子增多,增強(qiáng)了半增強(qiáng)了半導(dǎo)導(dǎo)體的體的導(dǎo)電導(dǎo)電能力能力。.雜質(zhì)雜質(zhì)的分的分類類l淺淺能能級(jí)雜質(zhì)級(jí)雜質(zhì)l淺能級(jí)雜質(zhì)在半導(dǎo)體中起施主或受主的作用，主要通過提供載流子來改變半導(dǎo)體的特性l深能深能級(jí)雜質(zhì)級(jí)雜質(zhì)l深能級(jí)雜質(zhì)能夠產(chǎn)生多次電離，每一次電離相應(yīng)地有一個(gè)能級(jí)。在硅、鍺禁帶中引入若干個(gè)能級(jí)。l對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電電子濃度、導(dǎo)電

4、空穴濃度和導(dǎo)電類型的影響沒有淺能級(jí)雜質(zhì)顯著，但對(duì)載流子的復(fù)合作用比淺能級(jí)雜質(zhì)強(qiáng)，故這些雜質(zhì)也稱為復(fù)合中心。E E D DE EA AEcEcEvEvE ED DE EA AE E D DE EA AE EA AE E D DEcEcEvEv.缺陷缺陷雜質(zhì)所帶來的缺陷是零維缺陷種的一種，分為替位式替位式雜雜質(zhì)質(zhì) 和和間間隙式隙式雜質(zhì)雜質(zhì)缺陷的分類.化合物半化合物半導(dǎo)導(dǎo)體中的體中的雜質(zhì)雜質(zhì)III-V族化合物：IIIA族元素硼、鋁、鎵等和VA族元素氮、磷、砷等組成的二元化合物，成分化學(xué)比都是1：1。結(jié)晶成閃鋅礦型結(jié)構(gòu)。例如，GaAsI、II族元素，一般在砷化鎵中引入受主能級(jí)，起受主作用。 族雜質(zhì)在-

5、族化合物中是兩性摻雜劑：取代族原子起施主作用；取代族原子則起受主作用。導(dǎo)帶中電子濃度隨硅雜質(zhì)濃度的增加而增加，當(dāng)硅雜質(zhì)濃度增加到一定程度時(shí)趨于飽和。硅先取代Ga原子起施主作用，隨著硅濃度的增加，硅取代As原子起受主作用。GaAsGaAs電電子子濃濃度和硅度和硅雜質(zhì)濃雜質(zhì)濃度的度的關(guān)關(guān)系系.III-VIII-V族化合物中的族化合物中的雜質(zhì)雜質(zhì)摻族元素 ，一般起受主作用。 族元素為受主雜質(zhì) 鈹、鎂、鋅、鎘取代族原子而處于晶格格點(diǎn)上，引入淺受主能級(jí) 族雜質(zhì)在-族化合物中是兩性摻雜劑族元素取代族原子，引入施主能級(jí) 族元素氧、硫、硒、碲比族元素多一個(gè)價(jià)電子而且容易失去，所以表現(xiàn)為施主雜質(zhì)。摻過渡族元素，

6、制備高電阻率的半絕緣GaAs族的B、Al 取代Ga, 族的P，銻取代As既不是施主也不是受主雜質(zhì)。.等等電電子子雜質(zhì)雜質(zhì)l等等電電子子雜質(zhì)雜質(zhì): : 與與基基質(zhì)質(zhì)晶體原子具有同晶體原子具有同數(shù)數(shù)量?jī)r(jià)量?jī)r(jià)電電子的子的雜質(zhì)雜質(zhì)原子原子 特征：特征：a a、與與本征元素同族但不同原子序本征元素同族但不同原子序數(shù)數(shù). .例：例：GaP(GaP(磷化磷化鎵鎵) )中中摻摻入入族的族的N N或或Bi Bi b b、以替位形式存在于晶體中，基本上是、以替位形式存在于晶體中，基本上是電電中性。中性。l等等電電子陷子陷阱阱：等等電電子子雜質(zhì)雜質(zhì)（如（如N N或或BiBi）占據(jù)本征原子位置（如）占據(jù)本征原子位置（

7、如GaPGaP中的中的P P位置）后，由于位置）后，由于與與本征原本征原子序子序數(shù)數(shù)不同不同, ,共價(jià)半共價(jià)半徑徑和和電負(fù)電負(fù)性有差性有差別別, , 存在著由核心力引起的短程作用力，存在著由核心力引起的短程作用力，它們它們可以吸引一可以吸引一個(gè)導(dǎo)個(gè)導(dǎo)帶電帶電子（空穴）而子（空穴）而變變成成負(fù)負(fù)（正）離子，前者就是（正）離子，前者就是電電子陷子陷阱阱，后者就是，后者就是空穴陷空穴陷阱阱。只有只有當(dāng)摻當(dāng)摻入原子入原子與與基基質(zhì)質(zhì)晶體原子在晶體原子在電負(fù)電負(fù)性、共價(jià)半性、共價(jià)半徑徑方面具有方面具有較較大差大差別時(shí)別時(shí)，才能形成等，才能形成等電電子陷子陷阱阱。例如，在GaP中，V族雜質(zhì)N 可取代P而成

8、為束縛一個(gè)電子的陷阱，V族雜質(zhì)Bi也可取代P而成為束縛一個(gè)空穴的陷阱，這種陷阱都稱為等電子陷阱，相應(yīng)的雜質(zhì)都稱為等電子雜質(zhì)。 .等等電電子子雜質(zhì)雜質(zhì)l一般，同族元素原子序數(shù)越小，電負(fù)性越大，共價(jià)半徑越小。l等電子雜質(zhì)電負(fù)性大于基質(zhì)晶體原子電負(fù)性時(shí)，取代后，它便能俘獲電子成為負(fù)電中心。反之，它能俘獲空穴成為正電中心。l例如： N在GaP中：NP負(fù)電中心。N的共價(jià)半徑和電負(fù)性分別為0.07nm和3.0,P的共價(jià)半徑和電負(fù)性分別為0.17nm和2.1 Bi在GaP中：BiP正電中心。Bi的共價(jià)半徑和電負(fù)性分別為0.146nm和1.9.兩兩性性雜質(zhì)雜質(zhì)l在化合物半在化合物半導(dǎo)導(dǎo)體中，某體中，某種種雜質(zhì)

9、雜質(zhì)在其中在其中既既可以作施主可以作施主又可以作受主，又可以作受主，這種雜質(zhì)這種雜質(zhì)稱為稱為兩性雜質(zhì)兩性雜質(zhì)。l所摻入的雜質(zhì)具體是起施主還是受主與工藝有關(guān)。 Si Si GaGa施主施主受主受主SiSiAsAs例：例：GaAsGaAs （ -族化合物）中族化合物）中摻摻SiSi（族）族）SiSi既既可以替代可以替代GaGa位成位成為為施主，也可以施主，也可以替代替代AsAs位而成位而成為為受主受主 .雙極雙極性和性和單極單極性半性半導(dǎo)導(dǎo)體體l雙極性半導(dǎo)體 ： 通過適當(dāng)?shù)募庸すに囘^程，既可以成為n型半導(dǎo)體，也可以成為型半導(dǎo)體，也可以成為p 型半導(dǎo)的材料l常見的雙極性半導(dǎo)體：Si, Ge, III-V 族化合物半導(dǎo)體，PhS, PbSe,PbTe, SiC, Tl2S, U3O4 , UO2 等。 l單極性半導(dǎo)體 ： 一般只能加工成n 型或p型一種，而不能實(shí)現(xiàn)兩種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料。主要是n 型的單極性半導(dǎo)體：TiO2 , V2