蒋玉龙教授-半导体物理ppt-7

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1、4.1硅、锗晶体中的杂质能级94.1.5深能级杂质－当半导体中存在非III，V族杂质时，会引入深能级特点：1.杂质能级离带边较远，ΔED，ΔEA可与Eg相比拟；2.多次电离⇒多重能级，还有可能成为两性杂质.Ge中的Au（I族元素）五种带电状态：Au+Au0Au-Au2-Au3-EEEEDA1A2A31.Au0→Au+释放电子到导带，ΔE≈EDg且ΔE略小于E（共价键束缚，电离Dg能很大）2.E

2、用较大（复合中心），降低非平衡载流子的寿命.11/18第四章半导体中杂质和缺陷能级4.1硅、锗晶体中的杂质能级4.2III－V族化合物中的杂质能级4.3缺陷、位错能级12/184.2III－V族化合物中的杂质能级14.2.1GaAs中的杂质－闪锌矿结构，与金刚石结构类似GaAsGaAsGa替位式杂质：取代III族、V族位置CAsGaBGaAs间隙式杂质：处于4个III族（V族）GaAsGaAsGa原子围成的正四面体AsAAsGaAsGaAsGaAsGa各族元素在GaAs中的杂质行为1.I族Ag,Au受主2.II族Be取代Ga位，少1个价电子，受主

3、（浅）3.III族In取代Ga位，既不缺少价电子，也不多余价电子⎯⎯等电子杂质13/184.2III－V族化合物中的杂质能级24.2.1GaAs中的杂质4.IV族Si既可以取代Ga，又可以取代As⎯⎯两性杂质对于GaAs中的Si，首先倾向于成为施主，逐渐小部分成为受主杂质补偿⇒n饱和5.V族P取代As位⎯⎯等电子杂质6.VI族Te取代As位，多1个价电子，施主（浅）O深施主p型GaAs中掺O⎯⎯半绝缘GaAs（~107Ω⋅cm）7.过渡族Cr深受主n型GaAs中掺Cr⎯⎯半绝缘GaAs14/18第四章半导体中杂质和缺陷能级4.1硅、锗晶体中的杂质

4、能级4.2III－V族化合物中的杂质能级4.3缺陷、位错能级15/184.3缺陷、位错能级14.3.1点缺陷1.杂质原子（替位式，间隙式）2.热缺陷（弗兰克尔缺陷，肖特基缺陷）OOOOOOOOOOOO－同时存在OOOOOOOO－进入间隙需要较OOOOOOOOOO大能量，而且迁移OOOOOOOOOO容易，因此空位比间隙原子多得多OOOOOOOOOOFrankel缺陷Schottky缺陷空位－间隙成对出现只形成空位16/184.3缺陷、位错能级24.3.1点缺陷空位：不饱和键，倾向于接受电子⎯⎯受主间隙原子：4个多余的价电子⎯⎯施主注意：对于III-

5、V族GaAs，除了热振动引起点缺陷外，还会由于Ga，As成分偏离正常的化学计量比（1:1），形成Ga，As空位。若Ga过多，则As空位；As过多，则Ga空位。17/184.3缺陷、位错能级34.3.2线缺陷－位错vv滑移矢量b⊥位错线b//位错线Burgers矢量刃位错螺位错位错产生的一排多余原子是不饱和键，有一个不成对的电子若失去电子⎯⎯施主俘获电子⎯⎯受主18/18半导体物理主讲人：蒋玉龙微电子学楼312室，65643768Email:yljiang@fudan.edu.cnhttp://10.14.3.1211/54第五章半导体载流子的平衡

6、态统计分布5.1状态密度5.2费米能级和载流子的统计分布5.3本征半导体中的载流子统计5.4杂质半导体中的载流子统计5.5简并半导体2/545.1状态密度15.1.1复习：三维情况下的自由电子气－三维情况下自由粒子的描述遵守薛定谔方程e2222h⎛∂∂∂⎞rr−⎜++⎟ψr(r)=εrψr(r)⎜222⎟kkkL2m⎝∂x∂y∂z⎠－考虑在边长L立方体中的电子状态－要求波函数是x，y，z的周期函数，周期为Lrrr2π4π2nπψr(r)=exp(ki⋅r)kx,ky,kz=;0±;±;...;±kLLLexp[ik()x+L]=exp[i2nπ(

7、x+L)/L]=exp(ikx)xx－k的分量是这个问题的量子数；此外，还要考虑自旋方向的量子数m。s3/545.1状态密度25.1.1复习：三维情况下的自由电子气kz22h2h222rεε=k=(k+k+k)Fkxyzk2m2my32π4π2nπ⎛2π⎞kx,ky,kz=;0±;±;...;±⎜⎟LLLk⎝L⎠kFx－三维情况下电子每个允许状态可以表示为k空间中一个球内的点，它对应自旋相反的两个电子，二者的能量相同－波矢分量k，k，k量子化的结果是：k空间中的每个最小允许体xyz积元是(2π/L)3，即这个体积中只存在一个允许波矢（电子态），由

8、一组三重量子数k，k，k决定。xyz3⎛2π⎞2V2/⎜⎟=－考虑自旋后，k空间的态密度为：3⎝L⎠()2π4/545.1状态密度35.