高二物理競(jìng)賽半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)課件

1、半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級(jí)雜質(zhì)的存在形態(tài)施主雜質(zhì)、施主能級(jí)受主雜質(zhì)、受主能級(jí)雜質(zhì)的補(bǔ)償作用深能級(jí)雜質(zhì)缺陷、位錯(cuò)能級(jí)缺陷類(lèi)型對(duì)化合物半導(dǎo)體，由于成分偏離化學(xué)計(jì)量比也會(huì)形成點(diǎn)缺陷。BaTiO3：BaTi1+xO3→偏離化學(xué)計(jì)量比，形成VBa補(bǔ)充：晶體（原子排列有明確的周期性）和非晶體晶體：具有一定規(guī)則的幾何形狀和對(duì)稱(chēng)性，其外形的對(duì)稱(chēng)性是內(nèi)在結(jié)構(gòu)規(guī)律性的反映，Ge、Si、GaAs。單晶：態(tài)塊材料中原子都是規(guī)則，周期性地重復(fù)排列，定態(tài)，可重復(fù)的晶體結(jié)構(gòu)，宏觀上規(guī)則的幾何形狀，各向異性。多晶：

大量微小的晶粒所組成，金屬、陶瓷等。點(diǎn)缺陷弗倉(cāng)克耳缺陷間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn)肖特基缺陷只存在空位而無(wú)間隙原子點(diǎn)缺陷原子需要較大的能力才能擠入間隙位置，因此肖特基缺陷比弗倉(cāng)克耳缺陷更常見(jiàn)間隙原子和空位這兩種點(diǎn)缺陷受溫度影響較大，為熱缺陷，它們不斷產(chǎn)生和復(fù)合，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，總是同時(shí)存在的。化合物半導(dǎo)體材料，在生長(zhǎng)過(guò)程中，成分偏離正常的化學(xué)比，也會(huì)導(dǎo)致空位的出現(xiàn)一般來(lái)說(shuō)，空位表現(xiàn)為受主作用；間隙原子表現(xiàn)為施主作用。但具體情況還要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

熱缺陷的數(shù)目（平衡狀態(tài)下）隨溫度升高而增加缺陷中以肖特基缺陷為主（即原子空位為主）。原因：三種點(diǎn)缺陷中形成肖特基缺陷需要的能量最小淬火后可以“凍結(jié)”高溫下形成的缺陷。退火可以消除大部分缺陷。半導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝中，經(jīng)高溫加工（如擴(kuò)散）后的晶片一般都需要進(jìn)行退火處理。離子注入形成的缺陷也用退火來(lái)消除。熱缺陷缺陷處晶格畸變，周期性勢(shì)場(chǎng)被破壞，致使在禁帶中產(chǎn)生能級(jí)。熱缺陷能級(jí)大多為深能級(jí)，在半導(dǎo)體中起復(fù)合中心作用，使非平衡載流子濃度和壽命降低?？瘴蝗毕萦欣陔s質(zhì)擴(kuò)散對(duì)載流子有散射作用，使載流子遷移率和壽命降低。點(diǎn)缺陷對(duì)半導(dǎo)體性質(zhì)的影響點(diǎn)缺陷替位原子（化合物半導(dǎo)體）位錯(cuò)位錯(cuò)是半導(dǎo)體中的一種常見(jiàn)缺陷，它嚴(yán)重影響材料和器件的性能。一維缺陷位錯(cuò)線上的懸掛鍵可以接受電子變?yōu)樨?fù)電中心，表現(xiàn)為受主；懸掛鍵上的一個(gè)電子也可以被釋放出來(lái)而變?yōu)檎娭行?，此時(shí)表現(xiàn)為施主，即不飽和的懸掛鍵具有雙性行為，可以起受主作用，也可以起施主作用。施主情況受主情況位錯(cuò)線處晶格變形，導(dǎo)致能帶變形其它影響：位錯(cuò)線作為一串施主或受主雜質(zhì)，電離后對(duì)載流子有散射作用。（第四章）影響少子壽命，原因：一是能帶變形，禁帶寬度減小，有利于非平衡載流子復(fù)合；二是在禁帶中產(chǎn)生深能級(jí)，促進(jìn)載流子復(fù)合。（第五章）位錯(cuò)線影響雜質(zhì)分布均勻性位錯(cuò)線若接受電子變成負(fù)電中心，對(duì)載流子有散射作用。（第四章）影響少子壽命，原因：一是能帶變形，禁帶寬度減小，有利于非平衡載流子復(fù)合；二是在禁帶中產(chǎn)生深能級(jí)，促進(jìn)載流子復(fù)合。（第五章）刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)滑移矢量（burgers矢量）：描述位錯(cuò)滑移量的大小和方向位錯(cuò)線與burgers矢量垂直位錯(cuò)線與burgers矢量平行位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度Or,表面單位面積內(nèi)露頭的位錯(cuò)數(shù)常用單位：cm-2晶格失配會(huì)引起位錯(cuò)位錯(cuò)與晶體表面層錯(cuò)原子層的堆疊順序可能發(fā)生錯(cuò)亂，形成面缺陷比如金剛石或纖鋅礦結(jié)構(gòu)ABCABC…多一個(gè)原子層：ABCBABC…..少一個(gè)原子層：ABCACA…說(shuō)明雜質(zhì)能級(jí)以及電離能的物理意義。為什么受主、施主能級(jí)分別位于價(jià)帶之上或?qū)е?，而且電離能的數(shù)值較小？純鍺、硅中摻入Ⅲ族或Ⅴ族元素后，為什么使半導(dǎo)體電性能有很大的改變？雜質(zhì)半導(dǎo)體（p型或n型）應(yīng)用很廣，但為什么我們很強(qiáng)調(diào)對(duì)半導(dǎo)體材料的提純？復(fù)習(xí)題把不同種類(lèi)的施主雜質(zhì)摻入同一種半導(dǎo)體材料中，雜質(zhì)的電離能和軌道半徑是否不同？把同一種雜質(zhì)摻入到不同的半導(dǎo)體材料中（例如鍺和硅），雜質(zhì)的電離能和軌道半徑又是否都相同？復(fù)習(xí)題何謂深能級(jí)雜質(zhì)？它們電離以后有何特點(diǎn)？為什么金元素在鍺或硅中電離后可以引入多個(gè)施主或