半導(dǎo)體物理-3-第二章

1、 半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級理想半導(dǎo)體理想半導(dǎo)體：1、原子嚴格周期性排列，具有完整的晶格、原子嚴格周期性排列，具有完整的晶格 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。2、晶體中無雜質(zhì)，無缺陷。、晶體中無雜質(zhì)，無缺陷。3、電子在周期場中作共有化運動，形成允帶、電子在周期場中作共有化運動，形成允帶和禁帶和禁帶電子能量只能處在允帶中的能級電子能量只能處在允帶中的能級上，禁帶中無能級。上，禁帶中無能級。本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體晶體具有完整的（完美的）晶體具有完整的（完美的）晶格結(jié)構(gòu)，無任何雜質(zhì)和缺陷。由本征激發(fā)晶格結(jié)構(gòu)，無任何雜質(zhì)和缺陷。由本征激發(fā)提供載流子。提供載流子。實際半導(dǎo)體實際半導(dǎo)體u 實際半導(dǎo)體中原子并不

2、是靜止在具有嚴格實際半導(dǎo)體中原子并不是靜止在具有嚴格周期性的晶格位置上，而是在其平衡位置周期性的晶格位置上，而是在其平衡位置附近振動；附近振動；u 實際半導(dǎo)體并不是純凈的，而是含有雜質(zhì)實際半導(dǎo)體并不是純凈的，而是含有雜質(zhì)的；的；u 實際的半導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)并不是完整無缺的實際的半導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)并不是完整無缺的，而是存在著各種形式的缺陷，點缺陷，而是存在著各種形式的缺陷，點缺陷，線缺陷，面缺陷；線缺陷，面缺陷；雜質(zhì)和缺陷可在禁帶中引入能級，從而對半雜質(zhì)和缺陷可在禁帶中引入能級，從而對半導(dǎo)體的性質(zhì)產(chǎn)生了決定性的作用導(dǎo)體的性質(zhì)產(chǎn)生了決定性的作用雜質(zhì)的來源：雜質(zhì)的來源：有意摻入有意摻入無意摻入無意摻入根據(jù)雜

3、質(zhì)在能級中的位置不同：根據(jù)雜質(zhì)在能級中的位置不同：替位式是雜質(zhì)替位式是雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)在金剛石型晶體中，晶胞中原子的體積百分數(shù)為在金剛石型晶體中，晶胞中原子的體積百分數(shù)為34%，說明還有，說明還有66%是空隙。是空隙。Si 中的雜質(zhì)有兩種存在中的雜質(zhì)有兩種存在方式，方式，a：間隙式雜質(zhì)：間隙式雜質(zhì) 特點：雜質(zhì)原子一般較小，鋰元素特點：雜質(zhì)原子一般較小，鋰元素b：替位式雜質(zhì)：替位式雜質(zhì) 特點：雜質(zhì)原子的大小與被替代的晶格原子大特點：雜質(zhì)原子的大小與被替代的晶格原子大小可以相比，價電子殼層結(jié)構(gòu)比較相近，小可以相比，價電子殼層結(jié)構(gòu)比較相近，和和族族元素在元素在Si，Ge中都是替位式中都是替位

4、式以硅為例說明以硅為例說明單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)稱為單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)稱為雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度B:替位式替位式雜質(zhì)占據(jù)格點位雜質(zhì)占據(jù)格點位置。大小接近、電子殼層置。大小接近、電子殼層結(jié)構(gòu)相近結(jié)構(gòu)相近Si：r=0.117nmB：r=0.089nmP：r=0.11nmSiSiSiSiSiSiSiPSiLiN型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體復(fù)合中心復(fù)合中心陷阱陷阱雜質(zhì)分類雜質(zhì)分類淺能級雜質(zhì)淺能級雜質(zhì)深能級深能級雜質(zhì)雜質(zhì)第五章雜質(zhì)能級位于禁帶中雜質(zhì)能級位于禁帶中Eg淺能級淺能級施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)施主能級施主能級Ei受主雜質(zhì)受主雜質(zhì) 受主能級受主能級EcEv淺能級淺能級(1)VA族的替位雜質(zhì)族的替位雜質(zhì)

5、在硅在硅Si中摻入中摻入PSiSiSiSiSiSiSiP+Si磷原子替代硅原子后，形成一個正電中心P和一個多余的價電子未電離未電離電離后電離后2、元素半導(dǎo)體的雜質(zhì)、元素半導(dǎo)體的雜質(zhì)施主：摻入在半導(dǎo)體中的雜質(zhì)原子，能夠向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的電子， 并成為帶正電的離子。如Si中的P 和As 半導(dǎo)體的摻雜半導(dǎo)體的摻雜電離的結(jié)果：導(dǎo)帶中的電子數(shù)增加了，這即是摻施主的意義所在電離的結(jié)果：導(dǎo)帶中的電子數(shù)增加了，這即是摻施主的意義所在。過程：過程：1.形成共價鍵后存在正電中心形成共價鍵后存在正電中心P+；束縛的電；束縛的電子子2.多余的一個電子掙脫束縛，在晶格中自由多余的一個電子掙脫束縛，在晶格中自由動；雜質(zhì)

6、電離動；雜質(zhì)電離3. P+成為不能移動的正電中心；成為不能移動的正電中心；電離時，電離時，P原子能夠提供導(dǎo)電電子并形成正電原子能夠提供導(dǎo)電電子并形成正電中心，中心，。施主雜質(zhì)施主雜質(zhì) 施主能級施主能級被施主雜質(zhì)束縛的電子被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量比導(dǎo)帶底的能量比導(dǎo)帶底Ec低，低，稱為稱為，ED。施主雜質(zhì)少，原子間相施主雜質(zhì)少，原子間相互作用可以忽略，施主互作用可以忽略，施主能級是具有相同能量的能級是具有相同能量的孤立能級孤立能級ED施主濃度：施主濃度：ND施主電離能施主電離能ED=弱束縛的電子擺脫雜質(zhì)原子弱束縛的電子擺脫雜質(zhì)原子束縛成為晶格中自由運動的束縛成為晶格中自由運動的 電子（導(dǎo)帶中的電

7、子）所需電子（導(dǎo)帶中的電子）所需要的能量要的能量ECED ED =ECED施主電離能施主電離能EV-束縛態(tài)束縛態(tài)離化態(tài)離化態(tài)+施主雜質(zhì)的電離能小，施主雜質(zhì)的電離能小，在常溫下基本上電離。在常溫下基本上電離。含有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，其導(dǎo)電的載流子主要含有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，其導(dǎo)電的載流子主要是電子是電子N型半導(dǎo)體，或電子型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，或電子型半導(dǎo)體晶晶體體雜質(zhì)雜質(zhì)PAsSbSi0.044 0.049 0.039Ge 0.01260.01270.0096定義：定義：l施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)lV族元素在硅、鍺中電離時能夠釋放電子而產(chǎn)生族元素在硅、鍺中電離時能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱此類雜

8、質(zhì)為施主導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱此類雜質(zhì)為施主雜質(zhì)或雜質(zhì)或n型雜質(zhì)。型雜質(zhì)。l施主電離施主電離l施主雜質(zhì)釋放電子的過程。施主雜質(zhì)釋放電子的過程。l施主能級施主能級l被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)，記為被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)，記為ED，施主電離能量為施主電離能量為ED。ln型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體l依靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體。依靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體。3、受主能級：舉例：、受主能級：舉例：Si中摻硼中摻硼B(yǎng)2、受主能級受主能級：舉例：舉例： Si中摻硼中摻硼B(yǎng)過程：過程：1.形成共價鍵時，形成共價鍵時，從從Si 原子中奪取一個電子，原子中奪取一個電子，Si 的共價鍵中產(chǎn)生一個空的共價鍵中產(chǎn)生一個

9、空穴；穴；2.當(dāng)空穴掙脫硼離子的束當(dāng)空穴掙脫硼離子的束縛，形成固定不動的負電縛，形成固定不動的負電中心中心B-受主電離，受主電離能，受主受主電離，受主電離能，受主雜質(zhì)（雜質(zhì)（p型雜質(zhì)），受主能級型雜質(zhì)），受主能級在在Si中摻入中摻入BB具有得到電子的性質(zhì)，這類雜質(zhì)稱為具有得到電子的性質(zhì)，這類雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)。受主雜質(zhì)向價帶提供空穴。受主雜質(zhì)向價帶提供空穴。B獲得一個電子變成獲得一個電子變成負離子，成為負電中負離子，成為負電中心，周圍產(chǎn)生帶正電心，周圍產(chǎn)生帶正電的空穴。的空穴。BBEA受主濃度：受主濃度：NA電離的結(jié)果：電離的結(jié)果：價帶中的空穴數(shù)增加了，這即是摻受主的意義摻受主的意義所在

10、VAAEEEEcEvEA受主電離能和受主能級受主電離能和受主能級受主電離能受主電離能EA=空穴擺脫受主雜質(zhì)束縛成為導(dǎo)電空穴擺脫受主雜質(zhì)束縛成為導(dǎo)電 空穴所需要的能量空穴所需要的能量-束縛態(tài)束縛態(tài)離化態(tài)離化態(tài)+受主雜質(zhì)的電離能小，在受主雜質(zhì)的電離能小，在常溫下基本上為價帶電離常溫下基本上為價帶電離的電子所占據(jù)的電子所占據(jù)空穴由空穴由受主能級向價帶激發(fā)。受主能級向價帶激發(fā)。含有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，其導(dǎo)電的載流子主要含有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，其導(dǎo)電的載流子主要是空穴是空穴P型半導(dǎo)體，或空穴型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，或空穴型半導(dǎo)體。晶晶體體雜質(zhì)雜質(zhì)BAlGaSi0.045 0.057 0.065Ge0.010.01

11、0.011定義：定義：l受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)lIII族元素在硅、鍺中電離時能夠接受電子而產(chǎn)族元素在硅、鍺中電離時能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴并形成負電中心，稱此類雜質(zhì)為受生導(dǎo)電空穴并形成負電中心，稱此類雜質(zhì)為受主雜質(zhì)或主雜質(zhì)或p型雜質(zhì)。型雜質(zhì)。l受主電離受主電離l受主雜質(zhì)釋放空穴的過程。受主雜質(zhì)釋放空穴的過程。l受主能級受主能級l被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)，記為被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)，記為EA。受主電離能量為受主電離能量為EAlp型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體l依靠價帶空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體。依靠價帶空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體。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

12、，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，并成為帶正電的離導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如子。如Si中中摻摻的的P 和和As 受主：受主：Acceptor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負電的離半導(dǎo)體提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負電的離子。如子。如Si中摻的中摻的B小結(jié)！小結(jié)！等電子雜質(zhì)等電子雜質(zhì)N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體特征：特征：a 施主雜質(zhì)電離，導(dǎo)帶中施主雜質(zhì)電離，導(dǎo)帶中出現(xiàn)施主提供的導(dǎo)電電子出現(xiàn)施主提供的導(dǎo)電電子b 電子濃度電子濃度n 空穴濃度空穴濃度pP 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體特征：特征：a 受主雜質(zhì)電離，價帶中受主雜質(zhì)電離，價帶中出現(xiàn)受

13、主提供的導(dǎo)電空穴出現(xiàn)受主提供的導(dǎo)電空穴b空穴濃度空穴濃度p 電子濃度電子濃度n ECEDEVEA-+-+EgN型和型和P型半導(dǎo)體都稱為型半導(dǎo)體都稱為極性半導(dǎo)體極性半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體價帶空穴數(shù)由受主決定，半導(dǎo)體價帶空穴數(shù)由受主決定，半導(dǎo)體導(dǎo)電的載流子主要是空穴?？昭槎嘧?，電導(dǎo)電的載流子主要是空穴?？昭槎嘧樱娮訛樯僮?。子為少子。N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子數(shù)由施主決定，半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子數(shù)由施主決定，半導(dǎo)體導(dǎo)電的載流子主要是電子。電子為導(dǎo)電的載流子主要是電子。電子為多子多子，空，空穴為穴為少子少子。多子多子多數(shù)載流子多數(shù)載流子少子少子少數(shù)載流子少數(shù)載流子雜質(zhì)向?qū)Ш蛢r帶提供電子和空穴的過程（

14、電雜質(zhì)向?qū)Ш蛢r帶提供電子和空穴的過程（電子從施主能級向?qū)У能S遷或空穴從受主能級子從施主能級向?qū)У能S遷或空穴從受主能級向價帶的躍遷）稱為向價帶的躍遷）稱為雜質(zhì)電離或雜質(zhì)激發(fā)雜質(zhì)電離或雜質(zhì)激發(fā)。具。具有雜質(zhì)激發(fā)的半導(dǎo)體稱為有雜質(zhì)激發(fā)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 雜質(zhì)激發(fā)雜質(zhì)激發(fā)3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體電子從價帶直接向?qū)Ъぐl(fā)，成為導(dǎo)帶的自由電子從價帶直接向?qū)Ъぐl(fā)，成為導(dǎo)帶的自由電子，這種激發(fā)稱為電子，這種激發(fā)稱為本征激發(fā)本征激發(fā)。只有本征激發(fā)。只有本征激發(fā)的半導(dǎo)體稱為的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體。本征激發(fā)本征激發(fā)N型和型和P型半導(dǎo)體都是型半導(dǎo)體都是雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 施主向?qū)?/p>

15、提供的載流子施主向?qū)峁┑妮d流子=10161017/cm3 本征載流子濃度本征載流子濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體中雜質(zhì)載流子濃度遠高于雜質(zhì)半導(dǎo)體中雜質(zhì)載流子濃度遠高于本征載流子濃度本征載流子濃度Si的原子濃度為的原子濃度為10221023/cm3摻入摻入P的濃度的濃度/Si原子的濃度原子的濃度=10-6例如：例如：Si 在室溫下，本征載流子濃度為在室溫下，本征載流子濃度為1010/cm3，上述雜質(zhì)的特點：上述雜質(zhì)的特點：施主雜質(zhì)：施主雜質(zhì)：受主雜質(zhì)：受主雜質(zhì)：淺能級雜質(zhì)淺能級雜質(zhì)雜質(zhì)的雙重作用：雜質(zhì)的雙重作用：u 改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性u 決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型雜質(zhì)能級在禁

16、帶中的位置雜質(zhì)能級在禁帶中的位置gDEEgAEE 4. 淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算+-施主施主-+受主受主淺能級雜質(zhì)淺能級雜質(zhì)=雜質(zhì)離子雜質(zhì)離子+束縛電子（空穴）束縛電子（空穴）類氫模型類氫模型222oHohrnmq玻爾原子電子的運動玻爾原子電子的運動軌道半徑軌道半徑為：為：n=1為基態(tài)電子的運動軌跡為基態(tài)電子的運動軌跡42228onom qEh ne= -玻爾能級：玻爾能級：玻爾原子模型玻爾原子模型l類氫模型類氫模型l氫原子中電子能量氫原子中電子能量ln=1,2,3，為主量子數(shù)，當(dāng)，為主量子數(shù)，當(dāng)n=1和無窮時和無窮時2220408nhqmEn0,8220401Eh

17、qmEl氫原子基態(tài)電子的電離能氫原子基態(tài)電子的電離能l考慮到正、負電荷處于介電常數(shù)考慮到正、負電荷處于介電常數(shù)= =0 0r r的介質(zhì)中，且處于晶格形成的周期性勢場的介質(zhì)中，且處于晶格形成的周期性勢場中運動，所以電子的慣性質(zhì)量要用有效質(zhì)中運動，所以電子的慣性質(zhì)量要用有效質(zhì)量代替量代替eVhqmEEE6 .1382204010類氫模型：類氫模型：計算束縛電子或空穴運動軌道計算束縛電子或空穴運動軌道半徑及電離能半徑及電離能22*2rohrnmq 運動軌道半徑：運動軌道半徑：4*4*022222221188orooroorm qm qmmEEhmhm 電離能：電離能：l施主雜質(zhì)電離能施主雜質(zhì)電離能l

18、受主雜質(zhì)電離能受主雜質(zhì)電離能200*22024*8rnrnDEmmhqmE200*22024*8rprpAEmmhqmE施主能級靠近導(dǎo)帶底部施主能級靠近導(dǎo)帶底部100,16,122rrGerSi*000.26,0.12eSieGemmmm=對于對于Si、Ge摻摻PEcEvED*021eDormEEmeVESiD025. 0,eVEGeD064. 0,估算結(jié)果與實測值有估算結(jié)果與實測值有相同的數(shù)量級相同的數(shù)量級*021PAormEEm0.04 ASiEeV對于對于Si、Ge摻摻B0.01 AGeEeVEcEvEAEcED電離施主電離施主電離受主電離受主Ev5. 雜質(zhì)的補償作用雜質(zhì)的補償作用(1)

19、 NDNA半導(dǎo)體中同時存在施主和受主雜質(zhì)，施主和受半導(dǎo)體中同時存在施主和受主雜質(zhì)，施主和受主之間有互相抵消的作用主之間有互相抵消的作用此時半導(dǎo)體為此時半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 有效施主濃度有效施主濃度n=ND-NAEAEcEDEAEv電離施主電離施主電離受主電離受主(2) NDNA時時l n= ND-NA ND，半導(dǎo)體是，半導(dǎo)體是n型的型的l當(dāng)當(dāng)NDNA時時l p= NA-ND NA，半導(dǎo)體是，半導(dǎo)體是p型的型的l當(dāng)當(dāng)NDNA時時l補償半導(dǎo)體補償半導(dǎo)體l有效雜質(zhì)濃度有效雜質(zhì)濃度l補償后半導(dǎo)體中的凈雜質(zhì)濃度。補償后半導(dǎo)體中的凈雜質(zhì)濃度。6. 深雜質(zhì)能級深雜質(zhì)能級根據(jù)雜質(zhì)能級在禁帶中根據(jù)雜質(zhì)能級

20、在禁帶中的位置，雜質(zhì)分為：的位置，雜質(zhì)分為：淺能級雜質(zhì)淺能級雜質(zhì)能級接近導(dǎo)帶底能級接近導(dǎo)帶底Ec或價帶頂或價帶頂Ev，電離能很小電離能很小深能級雜質(zhì)深能級雜質(zhì)能級遠離導(dǎo)帶能級遠離導(dǎo)帶底底Ec或價帶頂或價帶頂Ev，電離能較，電離能較大大ECEDEVEAEgECEAEVEDEggDEE gAEE 深能級雜質(zhì)深能級雜質(zhì)l非非III、V族元素族元素l特點特點l多為替位式雜質(zhì)多為替位式雜質(zhì)l硅、鍺的禁帶中產(chǎn)生的施主能級距離導(dǎo)帶底和價帶硅、鍺的禁帶中產(chǎn)生的施主能級距離導(dǎo)帶底和價帶頂較遠，形成深能級，稱為深能級雜質(zhì)。頂較遠，形成深能級，稱為深能級雜質(zhì)。l深能級雜質(zhì)能夠產(chǎn)生多次電離，每次電離均對應(yīng)一深能級雜質(zhì)

21、能夠產(chǎn)生多次電離，每次電離均對應(yīng)一個能級。有的雜質(zhì)既能引入施主能級，又能引入受個能級。有的雜質(zhì)既能引入施主能級，又能引入受主能級。主能級。例例1：Au（族）在族）在Ge中中Au在Ge中共有五種五種可能的狀態(tài)： （1）Au+； （2） Au0 ； （3） Au一 ； （4） Au二 ； （5） Au三。在在Ge中摻中摻Au 可產(chǎn)生可產(chǎn)生3個受主能級，個受主能級，1個施主能級個施主能級AuGeGeGeGeAu+Au0Au-Au2-Au3-1. Au失去一個電子失去一個電子施主施主AuEcEvEDED=Ev+0.04 eVEcEvEDEA1Au2. Au獲得一個電子獲得一個電子受主受主EA1= Ev

22、 + 0.15eV3.Au獲得第二個電子獲得第二個電子EcEvEDEA1Au2EA2= Ec - 0.2eVEA24.Au獲得第三個電子獲得第三個電子EcEvEDEA1EA3= Ec - 0.04eVEA2EA3Au3深能級雜質(zhì)特點深能級雜質(zhì)特點：l不容易電離，對載流子不容易電離，對載流子濃度影響不大；濃度影響不大；l一般會產(chǎn)生多重能級，一般會產(chǎn)生多重能級，甚至既產(chǎn)生施主能級也甚至既產(chǎn)生施主能級也產(chǎn)生受主能級。產(chǎn)生受主能級。l能起到復(fù)合中心作用，能起到復(fù)合中心作用，使少數(shù)載流子壽命降低使少數(shù)載流子壽命降低。EcEvEDEAAu doped Silicon0.35eV0. 54eV1.12eV0

23、.29eV0.352-2 化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級 族化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)族化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)理想的理想的GaAs晶格晶格價鍵結(jié)構(gòu)：價鍵結(jié)構(gòu)：含有離子鍵成分的含有離子鍵成分的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵結(jié)構(gòu)Ga-AsGaGaAsGaAs+GaAs施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)替代替代族元素族元素受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)替代替代III族元素族元素兩性雜質(zhì)兩性雜質(zhì)III、族元素族元素等電子雜質(zhì)等電子雜質(zhì)同族原子取代同族原子取代等電子雜質(zhì)等電子雜質(zhì) 等電子雜質(zhì)等電子雜質(zhì)是與基質(zhì)晶體原子具有同數(shù)量是與基質(zhì)晶體原子具有同數(shù)量價電子的雜質(zhì)原子替代了同族原子后，價電子的雜質(zhì)原子替代了同族原子后，基本仍是電中性的。但

24、是由于基本仍是電中性的。但是由于共價半徑共價半徑和和電負性電負性不同，它們能俘獲某種載流子而成不同，它們能俘獲某種載流子而成為帶電中心。帶電中心稱為為帶電中心。帶電中心稱為等電子陷阱等電子陷阱。例如，例如，N取代取代GaP中的中的P而成為負電中心而成為負電中心電子陷阱電子陷阱空穴陷阱空穴陷阱 等電子陷阱俘獲一種符號的載流子后等電子陷阱俘獲一種符號的載流子后，又因帶電中心的庫侖作用又俘獲另，又因帶電中心的庫侖作用又俘獲另一種帶電符號的載流子，形成束縛激一種帶電符號的載流子，形成束縛激子。子。兩性雜質(zhì)兩性雜質(zhì)舉例：舉例：GaAs中摻中摻Si（族）族） Ga：族族 As：族族 Si Ga 施主施主

25、兩性雜質(zhì)兩性雜質(zhì) SiAs 受主受主兩性雜質(zhì)兩性雜質(zhì)：在化合物半導(dǎo)體中，某種雜質(zhì)在化合物半導(dǎo)體中，某種雜質(zhì)在在 其中既可以作施主又可以作受主，這其中既可以作施主又可以作受主，這種雜質(zhì)稱為兩性雜質(zhì)。種雜質(zhì)稱為兩性雜質(zhì)。點缺陷：空位、間隙原子點缺陷：空位、間隙原子線缺陷：位錯線缺陷：位錯面缺陷：層錯、晶界面缺陷：層錯、晶界SiSiSiSiSiSiSiSiSi1、缺陷的類型、缺陷的類型2-4 缺陷能級缺陷能級2.元素半導(dǎo)體中的缺陷元素半導(dǎo)體中的缺陷(1) 空位空位SiSiSiSiSiSiSiSi原子的空位起原子的空位起受主受主作用。作用。(2) 填隙填隙SiSiSiSiSiSiSiSiSiSi間隙原

26、子缺陷起間隙原子缺陷起施主施主作用作用 AsGaAsAsAsAsGaAsGaGaGaAsGaAsGaAs反結(jié)構(gòu)缺陷反結(jié)構(gòu)缺陷GaAs受主受主 AsGa施主施主3. GaAs晶體中的點缺陷晶體中的點缺陷空位空位VGa、VAs VGa受主受主 VAs 施主施主間隙原子間隙原子GaI、AsI GaI施主施主 AsI受主受主e4.族化合物半導(dǎo)體的缺陷族化合物半導(dǎo)體的缺陷族化合物半導(dǎo)體族化合物半導(dǎo)體離子鍵結(jié)構(gòu)離子鍵結(jié)構(gòu)負離子負離子正離子正離子+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-a.負離子空位負離子空位產(chǎn)生正電中心，起施主作用產(chǎn)生正電中心，起施主作用+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-

27、+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-電負性小電負性小b.正離子填隙正離子填隙產(chǎn)生正電中心，起施主作用產(chǎn)生正電中心，起施主作用+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+產(chǎn)生負電中心，起受主作用產(chǎn)生負電中心，起受主作用c.正離子空位正離子空位+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-電負性大產(chǎn)生負電中心，起受主作用產(chǎn)生負電中心，起受主作用d.負離子填隙負離子填隙+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-負離子空位負離子空位產(chǎn)生正電中心，

28、起施主作用產(chǎn)生正電中心，起施主作用正離子填隙正離子填隙正離子空位正離子空位負離子填隙負離子填隙產(chǎn)生負電中心，起受主作用產(chǎn)生負電中心，起受主作用第二章第二章 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級1.什么叫淺能級雜質(zhì)？它們電離后有何特點？什么叫淺能級雜質(zhì)？它們電離后有何特點？2.什么叫施主？什么叫施主電離？施主電離前后什么叫施主？什么叫施主電離？施主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出n型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。3.什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后什么叫受主？什么叫受主電離？受主電離前后有何特征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出有何特

29、征？試舉例說明之，并用能帶圖表征出p型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。4.摻雜半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體之間有何差異？試舉摻雜半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體之間有何差異？試舉例說明摻雜對半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響。例說明摻雜對半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響。5.兩性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)有何異同？兩性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)有何異同？6.深能級雜質(zhì)和淺能級雜質(zhì)對半導(dǎo)體有何影響？深能級雜質(zhì)和淺能級雜質(zhì)對半導(dǎo)體有何影響？7.何謂雜質(zhì)補償？雜質(zhì)補償?shù)囊饬x何在？何謂雜質(zhì)補償？雜質(zhì)補償?shù)囊饬x何在？1、解：淺能級雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠小于本征半導(dǎo)體的禁、解：淺能級雜質(zhì)是指其雜質(zhì)電離能遠小于本征半導(dǎo)體的禁帶寬度的雜質(zhì)。它們電離后將成為帶正電（電離施主）或帶帶寬度的雜質(zhì)。

30、它們電離后將成為帶正電（電離施主）或帶負電（電離受主）的離子，并同時向?qū)峁╇娮踊蛳騼r帶負電（電離受主）的離子，并同時向?qū)峁╇娮踊蛳騼r帶提供空穴。提供空穴。2、解：半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)后，施主電離后將成為帶正電、解：半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)后，施主電離后將成為帶正電離子，并同時向?qū)峁╇娮樱@種雜質(zhì)就叫施主。離子，并同時向?qū)峁╇娮?，這種雜質(zhì)就叫施主。 施主電離成為帶正電離子（中心）的過程就叫施主電離。施主電離成為帶正電離子（中心）的過程就叫施主電離。施主電離前不帶電，電離后帶正電。例如，在施主電離前不帶電，電離后帶正電。例如，在Si中摻中摻P，P為為族元素。族元素。 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)

31、體Si為為族元素，族元素，P摻入摻入Si中后，中后，P的最外層電子的最外層電子有四個與有四個與Si的最外層四個電子配對成為共價電子，而的最外層四個電子配對成為共價電子，而P的第五的第五個外層電子將受到熱激發(fā)掙脫原子實的束縛進入導(dǎo)帶成為自個外層電子將受到熱激發(fā)掙脫原子實的束縛進入導(dǎo)帶成為自由電子。這個過程就是施主電離。由電子。這個過程就是施主電離。3、解：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離、解：半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離后將成為帶負電的離子，并同時向價帶提供后將成為帶負電的離子，并同時向價帶提供空穴，這種雜質(zhì)就叫受主?？昭?，這種雜質(zhì)就叫受主。 受主電離成為帶負電的離子（中心）的受主電離成為帶負電的離子（中心）的過程就叫受主電離。過程就叫受主電離。受主電離前帶不帶電，電離后帶負電