半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)

關(guān)于半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)

理想半導(dǎo)體：1、原子嚴(yán)格地周期性排列，晶體具有完整的晶格結(jié)構(gòu)。2、晶體中無(wú)雜質(zhì)，無(wú)缺陷。3電子在周期場(chǎng)中作共有化運(yùn)動(dòng)，形成允帶和禁帶——電子能量只能處在允帶中的能級(jí)上，禁帶中無(wú)能級(jí)。由本征激發(fā)提供載流子晶體具有完整的（完美的）晶格結(jié)構(gòu)，無(wú)任何雜質(zhì)和缺陷——本征半導(dǎo)體。（純凈半導(dǎo)體中，的位置和載流子的濃度只是由材料本身的本征性質(zhì)決定的）實(shí)際材料中，1、總是有雜質(zhì)、缺陷，使周期場(chǎng)破壞，在雜質(zhì)或缺陷周圍引起局部性的量子態(tài)——對(duì)應(yīng)的能級(jí)常常處在禁帶中，對(duì)半導(dǎo)體的性質(zhì)起著決定性的影響。2、雜質(zhì)電離提供載流子。第2頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天§2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)一.替位式雜質(zhì)和間隙式雜質(zhì)

按照球形原子堆積模型，金剛石晶體的一個(gè)原胞中的8個(gè)原子只占該晶胞體積的34％，還有66％是空隙！A－間隙式雜質(zhì)原子：原子半徑比較小B－替位式雜質(zhì)原子：原子的大小與被取代的晶體原子大小比較相近雜質(zhì)濃度：?jiǎn)挝惑w積中的雜質(zhì)原子數(shù)第3頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天二.施主雜質(zhì)與施主能級(jí)第4頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

元素P在Si中成為替位式雜質(zhì)且電離時(shí)，能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱它們?yōu)槭┲麟s質(zhì)或n型雜質(zhì)

第5頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．施主能級(jí)

由于共價(jià)鍵是一種很強(qiáng)的化學(xué)鍵，結(jié)合非常牢固，共價(jià)鍵上的電子是幾乎不可能在晶體中運(yùn)動(dòng)的。但P原子的那個(gè)“多余”的價(jià)電子被離子實(shí)P+束縛得相當(dāng)微弱，這個(gè)電子在不大的外場(chǎng)力作用下就可以脫離P+的束縛而在Si晶體中自由運(yùn)動(dòng)。從能帶的角度來(lái)看，處于共價(jià)鍵上的電子就是處在價(jià)帶中的電子，而那個(gè)“多余”的電子并不處在價(jià)帶中，它只要得到一個(gè)很小的能量（只要室溫就足夠了）就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶，成為導(dǎo)帶中的傳導(dǎo)電子。這就相當(dāng)于在Si禁帶中，在距導(dǎo)帶底下方很近的地方有一個(gè)能級(jí)，在未激發(fā)的情況下（例如0K時(shí)），那個(gè)“多余”電子就處在這個(gè)能級(jí)上，雜質(zhì)此時(shí)是電中性的。但是稍稍給它一點(diǎn)能量，那個(gè)“多余”的電子就將躍遷到導(dǎo)帶。雜質(zhì)P原子也因這個(gè)價(jià)電子的離開(kāi)而帶正電，此時(shí)就稱施主雜質(zhì)電離了。因摻入施主雜質(zhì)而在禁帶中引入的這個(gè)能級(jí)稱為施主能級(jí)。第6頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

如前所說(shuō)，在絕大多數(shù)情況下，半導(dǎo)體的摻雜濃度并不高，因此，雜質(zhì)原子之間距離遠(yuǎn)大于母體材料的晶格常數(shù)（等價(jià)原子之間的最小距離），相鄰雜質(zhì)所束縛的電子（即“多余”的電子）的波函數(shù)基本不會(huì)交疊，不會(huì)形成雜質(zhì)能帶，它們的能量相同，所以雜質(zhì)能級(jí)是位于同一水平線上的分立能級(jí)。很顯然，在摻施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，電子的濃度大于空穴的濃度，半導(dǎo)體中的傳導(dǎo)電流主要依靠電子的貢獻(xiàn)。因此我們稱這種半導(dǎo)體材料為n型半導(dǎo)體。在n型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱為多子），空穴是少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱為少子）。若以ED和EC分別表示施主能級(jí)和導(dǎo)帶底能量值，則有：這里的△E稱為施主電離能。它通常較小，對(duì)于常見(jiàn)的硅、鍺半導(dǎo)體材料的淺施主雜質(zhì)，其施主電離能一般在0.05eV以下第7頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天第8頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天三.受主雜質(zhì)和受主能級(jí)第9頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

當(dāng)III族元素B在Si中成為替位式雜質(zhì)且電離時(shí)，能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴并形成負(fù)電中心，稱它們?yōu)槭苤麟s質(zhì)或p型雜質(zhì)。第10頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．受主能級(jí)

由于B原子欲成4個(gè)共價(jià)鍵尚缺少一個(gè)價(jià)電子，這樣，B原子附近的Si原子共價(jià)鍵上的電子并不需要增加多少能量就可很容易地填補(bǔ)到B原子這個(gè)“空缺”的價(jià)鍵上來(lái)，并在原來(lái)的價(jià)鍵上留下一個(gè)新的“空缺”，這就相當(dāng)于“空缺”在晶體中產(chǎn)生了移動(dòng)。顯然，這個(gè)“空缺”還會(huì)以同樣的機(jī)制繼續(xù)在半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)。從能帶上講就是，由于受主雜質(zhì)B原子的摻入，在Si的禁帶中價(jià)帶的上方附近將引入一個(gè)能級(jí)，它就是受主能級(jí)EA，它與價(jià)帶頂EV

之差就是受主電離能。

第11頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

與施主電離能一樣，受主電離能△EA也較小，當(dāng)受主雜質(zhì)B的空缺共價(jià)鍵被附近的Si原子共價(jià)鍵上的電子填充而建立起來(lái)時(shí)，B原子將帶負(fù)電，我們稱之為受主雜質(zhì)電離。這相當(dāng)于雜質(zhì)B向Si的價(jià)帶發(fā)射了一個(gè)空穴。摻受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，所以稱之為p型半導(dǎo)體。在p型半導(dǎo)體中，空穴是多子，電子是少子。

第12頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

從物理圖像上看，在晶體禁帶中出現(xiàn)雜質(zhì)能級(jí)，實(shí)際上是由于雜質(zhì)原子替代了母體材料的原子，引起晶體的局部勢(shì)場(chǎng)發(fā)生改變，從而使得一部分電子能級(jí)從允帶中分離出來(lái)。例如，Nd個(gè)施主的存在使得導(dǎo)帶中Nd個(gè)能級(jí)下移到禁帶的ED處；而Na個(gè)受主的存在使得價(jià)帶中Na個(gè)能級(jí)上移到禁帶的EA處。第13頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天施主能級(jí)和受主能級(jí)摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，施主能級(jí)ED上的電子獲得能量ΔED后由束縛態(tài)躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子，因此施主能級(jí)ED位于比導(dǎo)帶底Ec低ΔED的禁帶中，且ΔED<<Eg?？昭ㄓ捎趲д?，能帶圖中能量自上向下是增大的。對(duì)于摻入Ⅲ族元素的半導(dǎo)體，被受主雜質(zhì)束縛的空穴能量狀態(tài)(稱為受主能級(jí)EA)位于比價(jià)帶頂Ev低ΔEA的禁帶中，ΔEA<<Eg，當(dāng)受主能級(jí)上的空穴得到能量ΔEA后，就從受主的束縛態(tài)躍遷到價(jià)帶成為導(dǎo)電空穴。第14頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天下圖是用能帶圖表示的施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)的電離過(guò)程。

(a)施主能級(jí)和施主電離(b)受主能級(jí)和受主電離雜質(zhì)能級(jí)和雜質(zhì)電離

Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)在硅和鍺中的ΔEA

、ΔED都很小，即施主能級(jí)ED距導(dǎo)帶底Ec很近，受主能級(jí)EA距價(jià)帶頂Ev很近，這樣的雜質(zhì)能級(jí)稱為淺能級(jí)，相應(yīng)的雜質(zhì)就稱為淺能級(jí)雜質(zhì)。

第15頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天如果Si、Ge中的Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)濃度不太高，在包括室溫的相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)，雜質(zhì)幾乎全部離化。通常情況下半導(dǎo)體中雜質(zhì)濃度不是特別高，半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布很稀疏，因此不必考慮雜質(zhì)原子間的相互作用，被雜質(zhì)原子束縛的電子(空穴)就像單個(gè)原子中的電子一樣，處在互相分離、能量相等的雜質(zhì)能級(jí)上而不形成雜質(zhì)能帶。當(dāng)雜質(zhì)濃度很高(稱為重?fù)诫s)時(shí)，雜質(zhì)能級(jí)才會(huì)交疊，形成雜質(zhì)能帶。第16頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天四.雜質(zhì)淺能級(jí)電離能的簡(jiǎn)單計(jì)算

在摻雜濃度不很高時(shí)，不論是施主雜質(zhì)還是受主雜質(zhì)，都可以看成一個(gè)類氫原子。因此可以用氫原子的理論研究結(jié)果來(lái)討論雜質(zhì)電離能問(wèn)題。當(dāng)然，必須作一點(diǎn)修正：（1）因?yàn)檎?、?fù)電荷均處于晶體內(nèi)，所以要考慮晶體介電常數(shù)的影響；（2）電子（空穴）是在能帶中運(yùn)動(dòng)，所以要用有效質(zhì)量代替氫原子理論中的慣性質(zhì)量。第17頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天四.雜質(zhì)淺能級(jí)電離能的簡(jiǎn)單計(jì)算

第18頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天第19頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天五.雜質(zhì)補(bǔ)償作用

在同一塊半導(dǎo)體材料中如果同時(shí)存在有兩種類型的雜質(zhì)，則該半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型主要取決于摻雜濃度高的雜質(zhì)。例如：若Si中的P濃度高于B濃度，則該塊Si材料是n型半導(dǎo)體。但是，與同樣摻P濃度的單一摻雜情況比較，由于有受主的存在，被激發(fā)到導(dǎo)帶的電子數(shù)將會(huì)減少（因?yàn)榇藭r(shí)有一部分施主能級(jí)上的電子將會(huì)落入受主能級(jí)），這種現(xiàn)象稱為雜質(zhì)補(bǔ)償。如果摻雜情況相反，則該塊材料為p型半導(dǎo)體。第20頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天五.雜質(zhì)補(bǔ)償作用如果在半導(dǎo)體中既摻入施主雜質(zhì)，又摻入受主雜質(zhì)，施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)具有相互抵消的作用，稱為雜質(zhì)的補(bǔ)償作用。對(duì)于雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體，若ND>NA：在T=0K時(shí)，電子按順序填充能量由低到高的各個(gè)能級(jí)，由于受主能級(jí)EA比施主能級(jí)ED低，電子將先填滿受主能級(jí)EA，然后再填充施主能級(jí)ED，因此施主能級(jí)上的電子濃度為ND-NA。通常當(dāng)溫度達(dá)到大約100K以上時(shí)，施主能級(jí)上的ND-NA個(gè)電子就全部被激發(fā)到導(dǎo)帶，這時(shí)導(dǎo)帶中的電子濃度n0=ND-NA，為n型半導(dǎo)體。第21頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

當(dāng)NA>ND時(shí)，將呈現(xiàn)p型半導(dǎo)體的特性，價(jià)帶空穴濃度p0=NA-ND

如果半導(dǎo)體中：ND>>NA，則n0-ND-NA≈ND；

NA>>ND，則p0-NA-ND≈NA。

通過(guò)補(bǔ)償以后半導(dǎo)體中的凈雜質(zhì)濃度稱為有效雜質(zhì)濃度。如果ND>NA，稱ND-NA為有效施主濃度；如果NA>ND，那么NA-ND稱為有效受主濃度。五.雜質(zhì)補(bǔ)償作用(a)T=0K,ND>NA(b)室溫,ND>NA

雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)?2頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天第23頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天六.深能級(jí)雜質(zhì)

非Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)在Si、Ge禁帶中也產(chǎn)生能級(jí)，其特點(diǎn)為：非Ⅲ、Ⅴ族元素在Si、Ge禁帶中產(chǎn)生的施主能級(jí)ED距導(dǎo)帶底Ec較遠(yuǎn)，產(chǎn)生的受主能級(jí)EA距價(jià)帶頂Ev較遠(yuǎn)，這種雜質(zhì)能級(jí)稱為深能級(jí)，對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級(jí)雜質(zhì)。深能級(jí)雜質(zhì)可以多次電離，每一次電離相應(yīng)有一個(gè)能級(jí)，有的雜質(zhì)既引入施主能級(jí)又引入受主能級(jí)。第24頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天以Ge中摻Au為例：

圖中Ei表示禁帶中線位置，Ei以上注明的是雜質(zhì)能級(jí)距導(dǎo)帶底Ec的距離，Ei以下標(biāo)出的是雜質(zhì)能級(jí)距價(jià)帶頂Ev的距離。圖Au在Ge中的能級(jí)第25頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

解釋：中性Au0的一個(gè)價(jià)電子可以電離釋放到導(dǎo)帶，形成施主能級(jí)ED,其電離能為(Ec-ED)，從而成為帶一個(gè)正電荷的單重電施主離化態(tài)Au+。這個(gè)價(jià)電子因受共價(jià)鍵束縛，它的電離能僅略小于禁帶寬度Eg，所以施主能級(jí)ED很接近Ev。中性Au0為與周圍四個(gè)Ge原子形成共價(jià)鍵，還可以依次由價(jià)帶再接受三個(gè)電子，分別形成EA1，EA2，EA3三個(gè)受主能級(jí)。價(jià)帶激發(fā)一個(gè)電子給Au0，使之成為單重電受主離化態(tài)Au-，電離能為EA1-Ev；從價(jià)帶再激發(fā)一個(gè)電子給Au-使之成為二重電受主離化態(tài)，所需能量為EA2-Ev；從價(jià)帶激發(fā)第三個(gè)電子給使之成為三重電受主離化態(tài)，所需能量為EA3-Ev

。由于電子間存在庫(kù)侖斥力，EA3>EA2>EA1。第26頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天第27頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天Si、Ge中其它一些深能級(jí)雜質(zhì)引入的深能級(jí)也可以類似地做出解釋。深能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體中載流子濃度和導(dǎo)電類型的影響不像淺能級(jí)雜質(zhì)那樣顯著，其濃度通常也較低，主要起復(fù)合中心的作用。采用摻金工藝能夠提高高速半導(dǎo)體器件的工作速度。第28頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天基本概念：

施主雜質(zhì)（n型雜質(zhì)）：雜質(zhì)電離后能夠施放電子而產(chǎn)生自由電子并形成正電中心的雜質(zhì)——施主雜質(zhì)。

施主雜質(zhì)電離能：雜質(zhì)價(jià)電子掙脫雜質(zhì)原子的束縛成為自由電子所需要的能量——雜質(zhì)電離能，用表示。

正電中心：施主電離后的正離子——正電中心

施主能級(jí)：施主電子被施主雜質(zhì)束縛時(shí)的能量對(duì)應(yīng)的能級(jí)稱為施主能級(jí)。對(duì)于電離能小的施主雜質(zhì)的施主能級(jí)位于禁帶中導(dǎo)帶底以下較小的距離。

受主雜質(zhì)：能夠向（晶體）半導(dǎo)體提供空穴并形成負(fù)電中心的雜質(zhì)——受主雜質(zhì)

受主雜質(zhì)電離能：空穴掙脫受主雜質(zhì)束縛成為導(dǎo)電空穴所需的能量。

受主能級(jí)：空穴被受主雜質(zhì)束縛時(shí)的能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能級(jí)。

第29頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天基本概念：淺能級(jí)雜質(zhì)：電離能小的雜質(zhì)稱為淺能級(jí)雜質(zhì)。所謂淺能級(jí)，是指施主能級(jí)靠近導(dǎo)帶底，受主能級(jí)靠近價(jià)帶頂。室溫下，摻雜濃度不很高底情況下，淺能級(jí)雜質(zhì)幾乎可以可以全部電離。五價(jià)元素磷（P）、銻（Sb)在硅、鍺中是淺受主雜質(zhì)，三價(jià)元素硼（B）、鋁（Al）、鎵（Ga）、銦（In）在硅、鍺中為淺受主雜質(zhì)。

雜質(zhì)補(bǔ)償：半導(dǎo)體中存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時(shí)，它們底共同作用會(huì)使載流子減少，這種作用稱為雜質(zhì)補(bǔ)償。在制造半導(dǎo)體器件底過(guò)程中，通過(guò)采用雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)追椒▉?lái)改變半導(dǎo)體某個(gè)區(qū)域底導(dǎo)電類型或電阻率。

高度補(bǔ)償：若施主雜質(zhì)濃度與受主雜質(zhì)濃度相差不大或二者相等，則不能提供電子或空穴，這種情況稱為雜質(zhì)的高等補(bǔ)償。這種材料容易被誤認(rèn)為高純度半導(dǎo)體，實(shí)際上含雜質(zhì)很多，性能很差，一般不能用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。

深能級(jí)雜質(zhì)：雜質(zhì)電離能大，施主能級(jí)遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底，受主能級(jí)遠(yuǎn)離價(jià)帶頂。深能級(jí)雜質(zhì)有三個(gè)基本特點(diǎn)：一是不容易電離，對(duì)載流子濃度影響不大；二是一般會(huì)產(chǎn)生多重能級(jí)，甚至既產(chǎn)生施主能級(jí)也產(chǎn)生受主能級(jí)。三是能起到復(fù)合中心作用，使少數(shù)載流子壽命降低（在第五章詳細(xì)討論）。四是深能級(jí)雜質(zhì)電離后以為帶電中心，對(duì)載流子起散射作用，使載流子遷移率減少，導(dǎo)電性能下降。第30頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天§2.2III-V族化合物中的雜質(zhì)能級(jí)第31頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天第32頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天第33頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

等電子陷阱：在某些化合物半導(dǎo)體中，例如磷化鎵中摻入V族元素氮或鉍，氮或鉍將取代磷并在禁帶中產(chǎn)生能級(jí)。這個(gè)能級(jí)稱為等離子陷阱。這種效應(yīng)稱為等離子雜質(zhì)效應(yīng)。

等離子雜質(zhì):所謂等離子雜質(zhì)是與基質(zhì)晶體原子具有同數(shù)量?jī)r(jià)電子的雜質(zhì)原子，它們替代了格點(diǎn)上的同族原子后，基本上仍是電中性的。但是由于原子序數(shù)不同，這些原子的共價(jià)半徑和電負(fù)性有差別，因而它們能俘獲某種載流子而成為帶電中心。這個(gè)帶電中心就稱為等離子陷阱。第34頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天是否周期表中同族元素均能形成等離子陷阱呢？

只有當(dāng)摻入原子與基質(zhì)晶體原子在電負(fù)性、共價(jià)半徑方面有較大差別時(shí)，才能形成等離子陷阱。一般說(shuō)，同族元素原子序數(shù)越小，電負(fù)性越大，共價(jià)半徑越小。等電子雜質(zhì)電負(fù)性大于基質(zhì)晶體原子的電負(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。例如，氮的共價(jià)半徑和電負(fù)性分別為0.070nm和3.0，磷的共價(jià)半徑和電負(fù)性分別為0.110nm和2.1，氮取代磷后能俘獲電子成為負(fù)電中心。這個(gè)俘獲中心稱為等離子陷阱。這個(gè)電子的電離能＝0.008eV。鉍的共價(jià)半徑和負(fù)電性分別為0.146nm和1.9，鉍取代磷后能俘獲空穴，它的電離能是＝0.038eV。第35頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天四族元素硅在砷化鎵中的雙性行為:

即硅的濃度較低時(shí)主要起施主雜質(zhì)作用，當(dāng)硅的濃度較高時(shí)，一部分硅原子將起到受主雜質(zhì)作用。這種雙性行為可作如下解釋：實(shí)驗(yàn)測(cè)得硅在砷化鎵中引入一淺施主能級(jí)（Ec－0.002）eV，硅應(yīng)起施主作用，那么當(dāng)硅雜質(zhì)電離后，每一個(gè)硅原子向?qū)峁┮粋€(gè)導(dǎo)電電子，導(dǎo)帶中的電子濃度應(yīng)隨硅雜質(zhì)濃度的增加而線性增加。但是實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)硅雜質(zhì)濃度上升到一定程度之后，導(dǎo)帶電子濃度趨向飽和，好像施主雜質(zhì)的有效濃度降低了。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，是因?yàn)樵诠桦s質(zhì)濃度較高時(shí)，硅原子不僅取代鎵原子起著受主雜質(zhì)的作用，而且硅也取代了一部分V族砷原子而起著受主雜質(zhì)的作用，因而對(duì)于取代Ⅲ族原子鎵的硅施主雜質(zhì)起到補(bǔ)償作用，從而降低了有效施主雜質(zhì)的濃度，電子濃度趨于飽和?？梢?jiàn)，在這個(gè)粒子中，硅雜質(zhì)的總效果是起施主作用，保持砷化鎵為n型半導(dǎo)體。實(shí)驗(yàn)還表明，砷化鎵單晶體中硅雜質(zhì)濃度為10-18cm-3時(shí)，取代鎵原子的硅施主濃度與取代砷原子的硅受主濃度之比約為5.3:1。硅取代砷所產(chǎn)生的受主能級(jí)在（Ev+0.03）eV處。第36頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天§2.4缺陷、位錯(cuò)能級(jí)一．點(diǎn)缺陷

點(diǎn)缺陷是發(fā)生在一個(gè)原子尺度范圍內(nèi)的缺陷。如，空位、填隙原子、雜質(zhì)原子等等。其中空位和填隙原子的產(chǎn)生主要是因?yàn)闊崞鸱鸬模虼怂鼈冇殖７Q為熱缺陷。第37頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天⑴Frenkel缺陷弗蘭克爾缺陷原處在正常格點(diǎn)位置的原子常受熱激發(fā)而脫離格點(diǎn)，這樣就在原來(lái)的格點(diǎn)上就留下一個(gè)空位（vacancy），同時(shí)，脫離正常格點(diǎn)的原子進(jìn)入到晶格中原子的空隙之中，形成所謂的填隙原子，一個(gè)空位加一個(gè)填隙原子的總體稱為Frenkel缺陷。第38頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天⑵Schottky缺陷

肖特基缺陷

如果晶體內(nèi)部只有空位，這樣的缺陷稱為Schottky缺陷。由圖顯而易見(jiàn)，此時(shí)脫離正常格點(diǎn)的原子跑到晶體表面上正常格點(diǎn)的位置，形成新的一層。第39頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天⑶替位雜質(zhì)原子（離子）

當(dāng)外來(lái)雜質(zhì)進(jìn)入晶體后，以替位的方式占據(jù)本體原子的格點(diǎn)位置，從而也使周期性遭到破壞，這種缺陷稱為替位雜質(zhì)原子。這種缺陷往往是人們?yōu)楦淖兙w的性能而有目的地故意引入的。替位雜質(zhì)原子在實(shí)際中應(yīng)用非常廣泛。例如：半導(dǎo)體材料的不同導(dǎo)電類型就是因?yàn)閾饺氩煌碾s質(zhì)原子而導(dǎo)致的。當(dāng)然，雜質(zhì)原子也可以填隙的方式進(jìn)入到晶體中，成為填隙式雜質(zhì)。第40頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天點(diǎn)缺陷的種類還有很多,例如色心（colorcenter），它是在含堿金屬過(guò)剩（組分超過(guò)化學(xué)配比）的堿鹵化合物晶體中的一種點(diǎn)缺陷，它實(shí)際上是一個(gè)鹵素負(fù)離子空位加上一個(gè)被束縛在其庫(kù)侖場(chǎng)中的電子。又如極化子（polaron），它是進(jìn)入完整的離子晶體中的電子，由于它的庫(kù)侖勢(shì)而使