5.6 多晶半导体材料

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1、5材料的电导性能5.1电导的基本性能5.2离子电导5.3电子电导5.4金属材料的电导5.5固体材料的电导5.6多晶半导体材料www.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料热敏电阻器压敏电阻器气敏传感器半导体陶瓷具有半导体特性、电导率约在10-6～105S/m的陶瓷。主要特征：电导率随外界条件(温度、光照、电场、气氛和湿度等)变化而发生显著的变化。敏感元件www.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料5.6.1p-n结(1)氧化物陶瓷的半导化怎样能形成附加能级怎样

2、能形成附加能级？？半导化在禁带中形成附加能级，这些附加能级的电离能都比较低，受到激发就会产生载流子而形成半导体。在氧化物晶体中产生附加能级主要有两个途径：(1)不含杂质的氧化物主要通过化学计量比偏离，在晶体中存在固有缺陷。(2)在氧化物中掺入少量杂质，在晶体中存在杂质缺陷。www.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料组分缺陷①氧不足氧空位或填隙金属离子缺陷施主能级半导瓷的制备通常要经过高温烧结阶段，如果烧结在氮气或氢气气氛中，其氧分压低于某一临界值，则晶粒内部的氧将向外界扩散而产生氧不足，而在冷却过程中在高温热平

3、衡状态下产生的氧不足会保留下来，造成化学计量比偏离。www.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料氧离子晶格位置过剩氧离子晶格位置过剩MOMO1-x出现的固有缺陷有两种可能：①产生氧空位固有缺陷；例如：TiO2-x②产生填隙金属离子固有缺陷。例如：Zn1+xO这两种可能情况都会在晶格周围中产生过剩的电子，这些过剩的电子被氧空位或填隙金属离子形成的正电中心所束缚，且处于一种弱束缚状态，在导带下面形成施主能级。www.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料例如：Ti

4、O2等金属氧化物还原气氛焙烧半导化缺陷反应式：··1O=V+2e¢+O(g)OO22Ec———V×o·EDEg—______——Vo··VoEvwww.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料例如：ZnO在Zn蒸气中加热半导化缺陷反应式：1´ZnO=Zn+O(g)i22´·Zn=Zn+e¢ii···Zn=Zn+e'iiEc———M×i———M·EDEg______iM··iEvwww.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料②氧过剩金属离子空位缺陷受主能级高温烧结半

5、导瓷如果烧结在氧气气氛中，含氧量较高，其氧分压超过某一临界值时，则气相中的氧将向瓷体内部扩散，在达到气一固平衡时就会在晶体中产生超过化学计量比的氧过剩，这氧过剩可能在降温时大部分保留下来，从而使最终产品显著地偏离严格的化学计量比。www.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料氧离子过剩氧离子过剩MOMO1＋x出现的固有缺陷有两种可能：①产生填隙氧离子固有缺陷；可能性很小②产生金属离子空位固有缺陷。例如：MnO1-x后者的金属离子一般为二价，一旦氧过剩，为保持电中性，一部分阳离子变成正三价，视为俘获一个空穴，形成弱束

6、缚空穴，在价带上方形成受主能级。www.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料例如：MnO在氧化气氛下烧结半导化缺陷反应式：1´´O(g)=V+2O2MO2´·V=V¢+hMM·V¢=V¢¢+hMMEcVM´´Eg———VM´———V×EAMEvwww.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料杂质缺陷半导体中的杂质原子可以使电子在其周围运动而形成量子态，杂质量子态的能级处在禁带之中。•替位高价杂质：在半导体晶体能带的导带底附近的位置产生附加的施主能级。•替位低价杂

7、质：在半导体晶体能带的价带顶附近的位置产生附加的受主能级。www.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料①替位高价杂质施主能级n型半导体例如：掺杂La实现BaTiO3的半导化缺陷反应式：·´1LaO=2La+2e¢+2O+O(g)23BaO22Ec+La·rEDBa————————E+++DEg弱束缚电子和自由电子Evwww.themegallery.comMaterialsPhysicsLOGO5.6多晶半导体材料②替位低价杂质受主能级p型半导体例如：NiO中掺杂Li2O半导化缺陷反应式：1·´