最新晶体结构的缺陷教学讲义ppt.ppt

《最新晶体结构的缺陷教学讲义ppt.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、晶体结构的缺陷分子轨道理论的延伸:有限到无限,一维到三维当n时的线性氢原子链Hn的能级分布图根据电子占据情况能带分为：满带：由充满电子的能级构成，能量较低；价带：由未充满电子的能级构成，能量较高；空带：由未填电子的能级构成，能量较高；禁带：满带顶到导带底之间的能量间隔。能带结构及导体、半导体和绝缘体的划分固体中的轨道也称为能级对半导体：满带也称价带空带亦称导带（2）杂质半导体的能带结构特点与本征半导体相比，杂质半导体中除了具有与能带相对应的电子共有化状态外，还存在一定数目的束缚状态的电子，这些电子是由杂质引起

2、的，并为杂质所束缚，如同一般电子为原子核所束缚的情况一样，束缚电子也具有确定的能级。这种能级处于禁带中间，对杂质半导体的性质起着决定作用。把VA元素（如P、As）掺入硅单晶中正电荷中心束缚电子像磷这样能给出电子的杂质，称为施主（杂质），这类缺陷称为施主缺陷，掺有施主杂质的半导体称为n型半导体，载流子是电子，也称为电子型半导体。(PSi·)空带满带施主能级Eg量子力学表明，掺杂后多余的电子的能级（施主能级）在禁带中紧靠空带处,E～10-2eV，电子容易受激发跃迁到导带中，成为导电的电子。施主（donor）能级施主能

3、级施主杂质束缚的电子的能级；杂质给出的电子所在的能级；杂质提供的带电子的能级。Si中掺P时ED为0.045eVEDEED硅、锗单晶中掺入P、As等杂质的电离反应：把ⅢA族元素（如B、Al）掺入硅单晶中负电荷中心束缚空穴像硼这样能接受电子给出空穴的杂质，称为受主（杂质），这类缺陷称为受主缺陷，掺有受主杂质的半导体又称为p型半导体，载流子是空穴，也称为空穴半导体。(BSi’)空带E满带受主能级Eg量子力学表明，掺杂后多余的空穴的能级（受主能级）在禁带中紧靠满带处，E～10-2eV，极易产生空穴导电。Si中掺B时EA

4、为0.045eV受主（acceptor）能级受主能级受主杂质束缚的空穴的能级；受主杂质提供的空能量状态。EAEA硅、锗单晶中掺入B、Al等杂质的电离反应：硅中掺杂形成施主能级和受主能级（统称为杂质能级）的分子轨道理论解释原子轨道有效组合形成分子轨道应满足的条件：能量相近、对称性匹配、最大重叠。SiliconCrystalDopedwith(a)Arsenicand(b)Boron掺杂半导体导电机制：跳跃式导电机理n型化合物半导体例如，化合物GaAs中掺Te，六价的Te替代五价的As可形成施主能级，成为n型GaAs杂

5、质半导体。ｐ型化合物半导体例如，化合物GaAs中掺Zn，二价的Zn替代三价的Ga可形成受主能级，成为p型GaAs杂质半导体。2.8非化学计量化合物（缺陷）一般化合物其化学式符合倍比定律和定比定律。非化学计量化合物：组成不符合倍比和定比定律，偏离其化学式的化合物。例如：方铁矿（Fe0.89O至Fe0.96O，通常记为Fe1-xO）TiO2-x、Zn1+xO及黄铁矿FeS1+x等。易形成非计量化合物的阴离子：O2-、S2-和H-离子；阳离子：过渡金属和稀土金属，一般具有可变的化合价。非化学计量化合物晶体中往往形成点缺陷

6、结构，且这些缺陷一般是空位、间隙离子与电子、空穴的复合，具有半导体性质，或使材料出现一系列色心。根据点缺陷形式，非化学计量氧化物有如下四类：非化学计量化合物缺陷：由于化学组成偏离化学计量而产生的一种结构缺陷，属于点缺陷的范畴。1.阴离子空位型（TiO2-x、ZrO2-x）2.阳离子空位型（Fe1-xO、Cu2-xO）3.阴离子间隙型（UO2+x）4.阳离子间隙型（Zn1+xO、Cd1+xO）其导电性质可分别归属为n型和p型半导体。（1）阴离子空位引起阳离子过剩（TiO2-x、ZrO2-x）当环境氧分压较低或在还原气

7、氛中，晶体中氧逸出而在晶格中产生氧空位。氧空位带正电荷，束缚着以低价态形式存在的金属上的电子，具有n型半导体的性质。氧逸出释放的电子被金属离子接纳从而使其价态降低。相当于施主杂质提供施主能级TiO2-x（阴离子空位型）结构缺陷示意图缺氧的TiO2可看作是四价钛和三价钛氧化物形成的固溶体，或三价钛取代了部分四价钛。e=TiTi电子导电，n型半导体根据质量作用定律：[OO]=1（2）阳离子间隙引起阳离子过剩（Zn1+xO、Cd1+xO）当环境氧分压较低或在还原气氛中，晶体中氧逸出引起过剩金属离子进入间隙。间隙阳离子

8、带正电荷，等价的电子被束缚在周围，具有n型半导体的性质。相当于施主杂质提供施主能级或看作金属氧化物在其相应的金属蒸气中加热，金属进入间隙位置。阳离子间隙型缺陷结构示意图ZnO在Zn蒸气中加热：或：实测ZnO电导率与氧分压的关系支持单电荷间隙的模型。（3）阴离子间隙引起阴离子过剩（UO2+x）当环境氧分压较高时，环境中氧以氧离子形式进入晶格间隙。间隙氧离子带负