半导体材料电导1

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1、5.5.1半导体中的缺陷能级实际晶体的缺陷：原子在其平衡位置附近振动材料含有杂质存在点缺陷极微量的杂质和缺陷，对材料的物理性能、化学性能产生决定性的影响。杂质和缺陷的存在禁带中引入允许电子存在单位的状态。5.5半导体材料的电导SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiP+-替位式杂质间隙式杂质多余价电子正电中心磷离子P+1.硅晶体中杂质能级（1）施主杂质施

2、主能级杂质电离：正电中心磷离子对多余价电子的束缚比共价键作用弱得多，这种电子仅需很少的能量成为导电电子，在晶格中自由运动，这一过程称为杂质电离。杂质电离能：弱束缚电子成为导电电子所需的能量。杂质电离能举例：硅中的磷：0.044；硅中的砷：0.049用能带图表示施主杂质的电离：————————+++EgEcEvEDED（2）受主杂质受主能级SiSiB-Si+————————---EgEcEvEAEA2.氧化物中缺陷能级杂质缺陷不同于被取代离子价态的杂质组分缺陷引起非计量配比的化合物：还原气氛引起氧空位；阳离子空位；间隙离子。（1）价控半导体陶

3、瓷杂质能级的形成例如：BaTiO3的半导化通过添加微量的稀土元素，在其禁带间形成杂质能级，实现半导化。添加La的BaTiO3原料在空气中烧成,用不同于晶格离子价态的杂质取代晶格离子，形成局部能级，使绝缘体实现半导化而成为导电陶瓷。杂质离子应具有和被取代离子几乎相同的尺寸；杂质离子本身有固定的价态。1）价控半导体陶瓷：2）杂质离子需满足的条件反应式如下:Ba2+Ti4+O2-3+xLa3+=Ba2+1-xLa3+x(Ti4+1-xTi3+x)O2-3+xBa2+缺陷反应：La2O3=LaBa·+2e´+2Oo×+O21/2(g)添加Nb实现BaT

4、iO3的半导化，反应式如下：Ba2+Ti4+O2-3+yNb5+=Ba2+[Nb5+y(Ti4+1-2yTi3+y)]O2-3+yBa2+缺陷反应：Nb2O5=2LaTi·+2e´+4Oo×+O21/2(g)氧化镍中加入氧化锂，空气中烧结，反应式如下：X/2Li2O+(1-x)NiO+x/4O2=(Li+xNi2+1-2xNi2+x)O2-缺陷反应：Li2O+O21/2(g)=2LiNi´+2h·+2Oo×————————---EgEcEvEAEA-价电子2LiNi´2h·3）杂质能带————————+++EgEcEvEDED+LaBa·弱

5、束缚电子和自由电子化学计量配比的化合物分子式：MO有阳离子空位的氧化物分子式：M1-xO形成非化学计量配比的化合物的原因：由温度和气氛引起。平衡状态，缺陷反应如下：O21/2(g)=VM×+2Oo×VM×=VM´+h·VM´=VM´´+h·出现此类缺陷的阳离子往往具有正二价和正三价。（2）组分缺陷1）阳离子空位及缺陷能级阳离子空位形成的缺陷能级受主能级———VM×———VM´VM´´化学计量配比的化合物分子式：MO2有氧空位的氧化物的分子式：MO2-x形成非化学计量配比的化合物的原因：由温度和气氛引起。平衡状态，反应如下：Ti4+O2=x/2O

6、2(g)+Ti4+1-2xTi3+2xO2-2-xx缺陷反应：2Oo=Vo··+2e´+O1/2(g)出现此类缺陷的阳离子往往具有较高的化学价。2）阴离子空位及缺陷能级氧离子空位形成的缺陷能级———Vo·———Vo×______Vo··施主能级化学计量配比的化合物分子式：MO有间隙离子的分子式：M1+xO形成非化学计量配比的化合物的原因：由气氛引起。平衡状态，缺陷反应：ZnO=Zni×+/2O2(g)Zni×=Zni·+e´Zni·=Zni··+e´出现此类缺陷的阳离子往往具有较低的化学价。3）间隙离子缺陷———Mi×———Mi·形成氧离子空位

7、的缺陷能级施主能级______Mi··5.5.2p-n结1）合金法液体为铝硅熔融体，p型半导体为高浓度铝的硅薄层nSiAInSi液体nSip1.p-n结的形成和杂质分布在一块n型半导体单晶上用适当方法（合金法、扩散法、生长法、离子注入法等）把p型杂质掺入其中。合金结的杂质分布：NDNAN(x)xpn单边突变结（P+-n结）：由两边杂质浓度相差很大的p、n型半导体形成的p-n结为单边突变结。p区的施主杂质浓度为1016cm-3,而n区的杂质浓度为1019cm-3。2）扩散法通过氧化、光刻、扩散等工艺形成p-n结。nSiSiO2nSinSiPNDN

8、A(x)N(x)xpn缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的p-n结为缓变结。2.空间电荷区（势垒区）、空间电荷层pn+++++++++------