半导体物理第2章1.pdf

第2章半导体中杂质和缺陷能级 2.1硅、锗晶体中的杂质能级 实际晶体与理想晶体的区别 原子并非在格点上固定不动，在平衡位置附近振动 并不纯净，杂质的存在 缺陷 点缺陷（空位，间隙原子） 线缺陷（位错） 面缺陷（层错，晶粒间界） 2.1.1替位式杂质、间隙式杂质 替位式杂质:取代晶格原子 杂质原子的大小与晶体原子相似 III、V族元素在硅、锗中均为替位式杂质 间隙式杂质:位于晶格原子间隙位置 杂质原子小于晶体原子 杂质浓度：单位体积内的杂质原子数 元素周期表 2.1.2施主杂质、施主能级 施主杂质 V族元素在硅、锗中电离时能够释放电子而产生导电电子并 形成正电中心，称此类杂质为施主杂质或n型杂质。 施主电离 施主杂质释放电子的过程。 施主能级 被施主杂质束缚的电子的能量状态，记为E ，施主电离能量 D 为ΔED 。 n型半导体 依靠导带电子导电的半导体。 本征半导体结构示意图 本征半导体：纯净的、不含其它杂质的半导体。 N型半导体 2.1.3受主杂质、受主能级 受主杂质 III族元素在硅、锗中电离时能够接受电子而产生导电空穴并 形成负电中心，称此类杂质为受主杂质或p型杂质。 受主电离 受主杂质释放空穴的过程。 受主能级 被受主杂质束缚的空穴的能量状态，记为E 。受主电离能量 A 为ΔEA p型半导体 依靠价带空穴导电的半导体。 P型半导体 杂质半导体的简化表示法 浅能级杂质 电离能小的杂质称为浅能级杂质。 所谓浅能级，是指施主能级靠近导带底，受主能级靠 近价带顶。 室温下，掺杂浓度不很高的情况下，浅能级杂质几乎 可以全部电离。 五价元素磷（P）、锑在硅、锗中是浅施主杂质 三价元素硼（B）、铝、镓、铟在硅、锗中为浅受主杂 质。 浅能级杂质电离能比禁带宽度小得多，杂质种类 对半导体的导电性影响很大。 在N型半导体中，电子浓度大于空穴浓度，电子称 为多数载流子，空穴称为少数载流子。 在P型半导体中，空穴浓度大于电子浓度，空穴称 为多数载流子，电子称为少数载流子。 2.1.4 浅能级杂质电离能简单计算 类氢模型 氢原子中电子能量 4 m q E − 0 n 2 2 2 8ε h n 0 n=1,2,3……，为主量子数，当n=1和无穷时 4 m q E1 − 0 ,E∞ 0 8ε2 h2 0 氢原子基态电子的电离能 4 m q E E E 0 eV =− 13.6 0 ∞ 1 8ε2 h2 0 考虑到 1、正、负电荷处于介电常数ε=ε ε的介质中 0 r 2、电子不在空间运动，而是处于晶格周期性势场中运动 施主杂质电离能 * 4 *