半导体物理第二章new

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1、第二章半导体中的杂质和缺陷能级⎧原子并非固定不动，格点原子在平衡位置附近振动；实际半导⎪半导体并非纯净，含有若干杂质（基质以外的任何元素）；⎨体材料：要求：⎪点缺陷⎩⎧半导体晶格并非完美（完整），存在各种缺陷：⎨线缺陷●掌握半导体中杂质的作用与杂质能级；⎩面缺陷§2.1Si、Ge晶体中的杂质能级●掌握半导体中的缺陷及其影响1、替（代）位式杂质间隙式杂质⎧①原材料纯度不够；⎪重点：浅能级和深能级杂质及其作用，杂质的杂质来源：⎨②工艺过程中引入玷污；⎪补偿作用⎩③人为掺入杂质—为改善半导体材料性能；（1）Si、Ge都具有金刚石结构，一个晶胞内含有8个原子。12则66％是空的（2）若视晶体中

2、的原子为球体，（3）杂质原子进入半导体中的存在方式：且最近原子相切：1①位于格点原子间的间隙位置——间隙式杂质（一般杂质原子较小）2⋅r=3⋅a{4②取代格点原子而位于格点上——替代式杂质（一般杂质原子大小与被取代的晶格原子大小近似，且价电子壳层结构也较相似）相邻两球的半径之和（直径）为立方体体对角线的Si、Ge是Ⅳ族元素，Ⅲ、Ⅴ族元素在Si、Ge中是替位式杂质。1/4。杂质浓度：单位体积中的杂43413质原子数，表示半导体晶体中8×πr8×π(3a)8个原子体积338杂质含量的多少，杂质浓度的===34%-3333单位为cm或/cm。晶胞体积aa替位式杂质和间隙式杂质34Ⅴ族元素施放

3、电子的过程——施主电离；2、施主杂质施主能级⎧施主杂质或N型杂质：⎨Ⅴ族元素未电离时呈中性——束缚态或中性态；以Si中掺入Ⅴ族替位式杂质P为例⎩Ⅴ族元素电离后形成正电中心——施主离化态；效果上形成Si中掺P正电中心P++一个价电子△E△ED＝Ec—EDDEc被正电中心P+束缚，位于P+周围，此ESi、Ge中Ⅴ族杂质的电离能△ED（eV）＋＋＋D束缚远小于共价键束缚，很小的能量晶体杂质Eg△E就可以使其挣脱束缚，形成“自PAsSb由”电子，在晶格中运动（在导带）。Si0.0440.0490.039EvGe0.01260.01270.0096杂质电离：电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过

4、程。ED：施主杂质束缚电子的能量状态，称为施主能级。杂质电离能：电子脱离杂质原子的束缚，成为导电电子所需的能量。一般情况下，杂质浓度较低杂质原子间的相互作用可以忽略记作△E。D所以施主能级是一些相同能量的孤立能级，即不形成能带。Si中约0.04～0.05eV掺入施主杂质后，杂质电离导致电子增多，增强半导体的导电能△ED的值{}<

5、中心B-+一个空穴△EAESi0.0450.0570.0650.16vGe0.010.010.0110.011被负电中心B-束缚，位于B-周围，EA：被受主杂质束缚的空穴的能量状态，称为受主能级。此束缚远小于共价键束缚，很小的能量△E就可以使其挣脱束缚，形掺入受主杂质后，价带导电空穴增多，增强了半导体的导电能力，将成价带导电空穴。主要依靠空穴导电的半导体称为P型半导体动画：受主掺杂空穴挣脱受主杂质束缚的过程——受主电离；⎧总结：受主杂质未电离时呈中性——束缚态或中性态；①Ⅲ族元素（受主杂质）：在禁带中引入比E高△E的受主能级E⎪vAA受主杂质或P型杂质：⎨Ⅲ族元素电离后形成负电中心——

6、受主离化态；{束缚态（中性态）⎪离化态（向价带提供导电空穴，成为负电中心）使空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需的能⎩量△EA——受主杂质电离能；Ⅴ族元素（施主杂质）：在禁带中引入比EC低△ED的施主能级ED束缚态（中性态）7{8离化态（向导带提供导电电子，成为正电中心）5、杂质的补偿作用②Ⅲ、Ⅴ族元素的杂质电离能（△E、△E）很小，即：受主能级E距EADAV很近、施主能级ED距EC很近，故杂质能级称为浅能级，相应的杂质称为浅如果在半导体中既掺入施主杂质，又掺入受主杂质，施主能级杂质。杂质和受主杂质具有相互抵消的作用，称为杂质的补偿作用。③室温下（T＝300k），Si、Ge中的Ⅲ、Ⅴ族

7、杂质几乎全部离化。设：N：施主杂质浓度N：受主杂质浓度DA（浓度不高，一般全部离化）n0：导带中的电子浓度p0：价带中的空穴浓度4、浅能级杂质电离能的简单计算（氢原子模型估算）1）对于杂质补偿的半导体，若ND>NA：¾在T=0K时，电子按顺序填充能量由低到高的各个能级，由于受主能级EA比施主能级ED低，电子将先填满受主能级EA，然后再填充施主能级ED，因此施主能级上的电子浓度为n0=ND-NA。杂质补偿氢原子基态电子电离能E0=13.6ev；T