半导体物理第一章.2解读.ppt

Ec Ev EA 受主能级靠近价带顶部 (2)受主电离能和受主能级 Si、Ge中 Ⅲ 族杂质的电离能△EA（eV） 晶体 杂 质 B Al Ga In Si 0.045 0.057 0.065 0.16 Ge 0.01 0.01 0.011 0.011 受主能级EA 受主杂质的电离能小，在常温下基本上为价带电离的电子所占据（空穴由受主能级向价带激发）。 杂质电离或杂质激发： 杂质向导带和价带提供电子和空穴的过程（电子从施主能级向导带的跃迁或空穴从受主能级向价带的跃迁）。 本征激发： 电子从价带直接向导带激发，成为导带的自由电子，这种激发称为~。 只有本征激发的半导体称为本征半导体。 所需要的能量称为杂质的电离能。 掺施主的半导体的导带电子数主要由施主决定，半导体导电的载流子主要是电子（电子数空穴数），对应的半导体称为N型半导体。 称电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，简称少子。 掺受主的半导体的价带空穴数由受主决定，半导体导电的载流子主要是空穴（空穴数电子数），对应的半导体称为P型半导体。 空穴为多子，电子为少子。 Ec ED 电离施主 电离受主 Ev 3. 杂质的补偿作用 (1) ND＞NA 半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受主之间有互相抵消的作用 此时为n型半导体 n=ND-NA EA Ec ED EA Ev 电离施主 电离受主 (2) NDNA 此时为p型半导体 p=NA- ND (3) ND≈NA 杂质的高度补偿 Ec Ev EA ED 不能向导带和价 带提供电子和空穴 (2) 间隙 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si 间隙原子缺陷起施主作用 1. Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体中的杂质和缺陷 三、 化合物半导体中的杂质和缺陷 ●施主杂质 Ⅵ族元素(Se、S、Te) 在 GaAs 中通常都替代Ⅴ族元素As原子的晶格位置。 Ⅵ族杂质在GaAs中一般起施主作用，为浅施主杂质。 ●受主杂质 Ⅱ族元素（Zn、Be、Mg、Cd、Hg）在GaAs中通常都取代Ⅲ族元素 Ga 原子的晶格位置。 Ⅱ族元素杂质在 GaAs 中通常起受主作用，均为浅受主杂质。 ●中性杂质 Ⅲ 族元素（B、Al、In）和Ⅴ族元素（P、Sb）在 GaAs 中通常分别替代 Ga 和 As，由于杂质在晶格位置上并不改变原有的价电子数，因此既不给出电子也不俘获电子而呈电中性，对 GaAs 的电学性质没有明显影响。 在禁带中不引入能级 ● 两性杂质 Ⅳ族元素杂质（Si、Ge、Sn、Pb）在GaAs 中的作用比较复杂，可以取代Ⅲ族的 Ga，也可以取代Ⅴ族的 As，甚至可以同时取代两者。 Ⅳ族杂质不仅可以起施主作用和受主作用，还可以起中性杂质作用。 在掺 Si 浓度小于 1×1018 cm-3 时，Si 全部取代 Ga 位而起施主作用，这时掺 Si 浓度和电子浓度一致； 而在掺 Si 浓度大于 1018 cm-3 时，部分 Si 原子开始取代 As 位，出现补偿作用，使电子浓度逐渐偏低。 例如： （2）GaAs 晶体中的点缺陷 当 T ＞ 0 K 时： ● 空位 VGa、VAs ● 间隙原子 GaI、AsI ● 反结构缺陷 — Ga原子占据 As 空位，或 As 原子占据 Ga 空 位，记为 GaAs和 AsGa。 * * 实际半导体晶格偏离理想情况 杂质 缺陷 原子在平衡位置附近振动 二、半导体中的杂质和缺陷 杂质和缺陷 原子的周期性势场受到破坏 在禁带中引入能级 决定半导体的物理和化学性质 杂质：半导体中存在的与本体元素不同的 其它元素。 缺陷 点缺陷，如空位、间隙原子等 线缺陷，如位错等 面缺陷，如层错、晶粒间界等 Si P ● ? Li 杂质出现在半导体中时，产生的附加势场使严格的周期性势场遭到破坏。 杂质能级位于禁带之中 Ec Ev 杂质能级 B A 正电中心 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●