半导体缺陷化学修ppt课件.ppt

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1、第3章导电物理3.6半导体陶瓷的缺陷化学理论基础13.6半导体陶瓷的缺陷化学理论基础（一）克鲁格维克符号系统Kroger-Vink（二）准化学反应（三）质量作用定律（四）半导体陶瓷的能带结构（五）BaTiO3半导瓷的缺陷化学研究2带着问题去学习：缺陷产生的原因有？半导体陶瓷不同于一般半导体材料的特性？半导体中的缺陷种类？KV符号系统，以MO晶体为例，存在的各种缺陷？写出准化学反应的规则有？写出下列化学反应式：P掺杂Si；B掺杂Si；肖特基缺陷生成；弗伦克尔缺陷生成；氧原子从气相进入MO晶体；金属原子从气相进入MO晶体的填隙位置。3半导体陶瓷是

2、由一种或数种金属氧化物，采用陶瓷制备工艺制备的多晶体半导体材料。4半导体陶瓷的典型特性:（1）材料的化学性质比较复杂，容易产生化学计量比的偏离，在晶格中形成固有点缺陷。（2）半导瓷氧化物分子是离子键，因此材料中载流子的迁移机理比一般半导体材料更为复杂（3）半导瓷是多晶材料，存在晶界是其重要特性，并将会产生诸PTC效应、压敏效应等。5研究半导体陶瓷，采用一般的半导体理论是不够的。为了深入了解半导体陶瓷材料的电性能，就要研究晶体中存在的原子缺陷和电子缺陷这些点缺陷的产生、存在状态、相互依存、转化与运动的规律。为此，在统计热力学的基础上建立了缺陷化

3、学理论，即利用热力学中的质量作用定律，研究各种缺陷的浓度与温度及氧分压的关系，从中找出各种缺陷形式的热力学参数，对照能带理论确定材料的各种电学参数。6在半导瓷中，晶体缺陷类型包括点缺陷、位错、晶界及表面等。点缺陷又可分为原子缺陷、电子缺陷、极化子、激子、声子等。其中的原子缺陷和电子缺陷可采用克鲁格维克（Kröger-Vink）符号系统来表征。（一）克鲁格维克符号系统71）以MO型氧化物晶体为例说明。用M表示金属元素，O表示氧，V代表空位，e代表电子，h代表空穴。2）位置用下标表示。MM表示处于M子晶格中的M原子，Mi代表金属填隙原子等3）电荷

4、用上标表示。X代表中性；·代表正电荷；＇代表负电荷。4）浓度用[]表示。电子浓度用n表示，空穴浓度用P表示。MO晶体中可能存在如下的各种点缺陷：（1）中性空位（2）中性填隙原子（3）中性反结构缺陷（4）中性外来原子缺陷（5）各种电离原子缺陷（6）电子缺陷9（1）若MO晶体中形成肖特基（Schottky）缺陷，可用如下反应式来表示：点缺陷的化学平衡与准化学反应式式中：0（零）代表完整晶体0（零）（二）准化学反应Schottky缺陷的产生10Frankel缺陷的产生（2）弗伦克尔（Frenkel）缺陷的准化学反应式为Frankel缺陷的产生11（

5、3）电子缺陷当五价磷原子代替晶格中四价硅原子，形成n型半导体，产生电荷缺陷，其准化学反应式为：当三价硼原子代替晶格中四价硅原子，形成P型半导体，产生电荷缺陷，其准化学反应式为：12写出准化学反应的规则：（1）晶格结点相对数目（格点数）规则如MO化合物，正负离子结点数是1：1，即子晶格M中的格点数应等于子晶格O中的格点数。（2）格点数变化规则反应过程中，当某种子晶格的格点数增加或减少时，另一种子晶格的格点数也相应增加或减少，以满足第一条关于“晶格结点相对数目”的规则。例如，氧原子从气相（g）中进入MO晶体的反应式：13（3）质量守恒：准化学反应

6、式两边的质量总和应相等，其中空格点质量为零（4）如果晶体中存在填隙原子，应在反应式中引入填隙空格点。例如，金属原子从气相进入MO晶体的填隙位置，则相应的准化学反应式写成：14（5）电中性条件在描述电离原子缺陷和电子缺陷形成的准化学反应时，必须符合晶体中的电中性条件，即晶格中带负电荷的质点总数与带正电荷的质点总数相等。例如：镧（La）施主掺杂BaTiO3的电中性方程为：15继续带着问题去学习：质量作用定律三种表达式化学势及与U/H/F/G的关系半导体陶瓷的能带结构中，氧化物的附加能级怎么来的？以MO晶体为例，分析施主能级结构的种类以MO晶体为例

7、，分析受主能级结构的种类以MO晶体为例，写出施主掺杂的准反应方程式讨论施主掺杂BT的缺陷模型16A:质量作用定律表达形式:三种上式表明参与化学反应的物质，在反应达到平衡时，它们的分压应满足的关系。式中：pi:组元i的分压Vi:第i组元在化学反应中所改变的克分子数Kp:定压平衡常数，是一个温度的函数（三）质量作用定律（1）17Ci——组元i的浓度Ci=ni/Vni——组元i的克分子数Kc——定容平衡常数，是温度的函数Xi——克分子分数Xi=ni/NK——平衡常数(2)(3)18若平衡条件（1），或（2），或（3）不满足，则化学反应就要进行。反应

8、正向进行的条件是：19B:化学势μ化学势μ为一克分子的吉布斯（Gibbs）函数。（1mol物质的吉布斯自由能）对于多组元系统，组元i的化学势为R——气体常数T——温