半导体物理第二章94231new

《半导体物理第二章94231new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、上节重要概念有效质量补充介绍22Zk2EkE()−=(0)Z*m*=2mn¢有效质量dEdk22/Z22k¢判断下图所示能带对应的空穴有效质量的EkE()−=(0)−*2mp大小关系dk¢f与dk/dtf=Zdt1dE22¢v与dE/dkv=a==dv11d⎛⎞⎜⎟dE=dEdk=fdE=f222*ZdkdtZZZdtdk⎝⎠dkdtdkmn第二章第二章¢判断下图能带中A、B、C、D四点中电子的¢下面为两种不同半导体材料导带电子能带运动速度和有效质量的正负。底部附近的E-k关系抛物线，试确定两种电子的有效质量。第二章第二章¢下面为两种

2、不同半导体材料价带中空穴在¢下图表示了自由电子（曲线A）和半导体中能带顶部附近的E-k关系抛物线，试确定两电子（曲线B）的E-k关系曲线。定性分析种空穴的有效质量。它们的速度和有效质量的区别。第二章第二章1第二章半导体中的杂质和缺陷能级杂质和缺陷在实际应用的半导体材料晶格¢2.1硅、锗晶体中的杂质能级中，总是存在着偏离理想情况的各¢2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的杂质能级种复杂现象。¢2.3缺陷和位错的能级首先，原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动;第二章第二章其次，半导体材料并不是纯净的，第三，实际

3、的半导体晶格结构并不而是含有若干杂质，即在半导体晶是完整无缺的，而存在着各种形式格中存在着与组成半导体材料的元的缺陷。这就是说，在半导体中素不同的其他化学元素的原子;的某些区域，晶格中的原子周期性排列被破坏，形成了各种缺陷。第二章第二章例如，在硅晶体中，若以105个硅原子中掺人一个杂质原子的比例掺实践表明，极微量的杂质和缺入硼原子，则纯硅晶体的电导率在室温下将增加103倍。陷，能够对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响。当然，也严重地影响着半导体器件的又如目前用于生产一般硅平面器件质量。的硅单晶，要求控制位错密度在103cm

4、-2以下，若位错密度过高，则不可能生产出性能良好的器件。第二章第二章2根据理论分析认为，由于杂质和缺陷的存在，会使严格按周期性排列存在于半导体中的杂质和缺的原子所产生的周期性势场受到破陷，为什么会起着这么重要的坏，有可能在禁带中引入允许电子作用呢?具有的能量状态(即能级)。正是由于杂质和缺陷能够在禁带中引人能级，才使它们对半导体的性质产生决定性的影响。第二章第二章关于杂质和缺陷在半导体禁带中因此，这里的介绍将不涉及杂质和缺陷的有关理论，而主要介绍目前产生能级的间题，虽然已经进行了在电子技术中占重要地位的硅大量的实验研究和理论分析工作，

5、(Si）、锗(Ge)、砷化稼(GaAs)在使人们的认识日益完善，但是还没禁带中引入杂质和缺陷能级的实验有达到能够用系统的理论进行与实观测结果。验测量结果完全相一致的定量计算。杂质和缺陷对半导体性质的影响将在后续的内容讨论。第二章第二章2.1硅、锗晶体中的杂质能级杂质的存在空间半导体中杂质可能的产生因素：¢晶体是致密的吗？还能在晶体中加入其它的原子1、材料本身的纯度不够吗？2、为了控制半导体的性质而人为掺杂¢以硅为例，其晶体结构属于金刚石型，其晶胞为一立方体第二章第二章3一个晶胞中包含有八个硅原子，若¢它应等于边长为a的立方体的体对角线

6、长近似地把原子看成是半径为r的圆度3a的1/4，因此，圆球的半径为ra=3/8。球，则可以计算出这八个原子占八个圆球的体积除以晶胞的体积为据晶胞空间的百分数如下：8×4πr333π位于立方体某顶角的圆球中心与==0.343距离此顶角为1/4体对角线长度处a16这一结果说明，在金刚石型晶体中，一的圆球中心间的距离为两球的半径之和2r个晶胞内的八个原子只占有晶胞体积的34%,还有66%是空隙。这些空隙通常称为间隙位置。第二章第二章所以杂质原子进人半导体硅以后，硅中间隙式杂质和只可能以两种方式存在。替位式杂质示意图一种方式是杂质原子位于晶格

7、原子间的间隙位置，常称为间隙式杂质;SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi另一种方式是杂质原子取代晶格原子A而位于晶格点处，常称为替位式杂SiSiSiSiSiSi质。事实上，杂质进人其他半导体材SiSiSiSiBSi料中，也是以这两种方式存在的。SiSiSiSiSiSi第二章第二章一般形成替位式杂质时，要求替位单位体积中的杂质原子数称为式杂质原子的大小与被取代的晶杂质浓度，通常用它来表示半格原子的大小比较相近，还要求导体晶体中杂质含量的多少它们的价电子壳层结构比较相近。如硅、锗是IV族元素，与III,V族元素的情况比较相近，

8、所以例如：1*1015cm-3III、V族元素在硅、锗晶体中都是替位式杂质。第二章第二章4施主杂质接下来介绍几个概念：例如：硅中加入V族杂质，Ⅴ族元素有5个价电子，其中的四个价电子施主杂质、施主能级、受主杂质、与周围的四