第二章 半导体中的杂志和缺陷.pdf

第二章 第二章 半导体中的杂质和缺陷能级 半导体中的杂质和缺陷能级 前 言 半导体的杂质工程： 在纯净的半导体中掺入一定量不同类型的杂质， 并通过对其数量和在空间的分布精确地控制，实 现对电阻率和少子寿命的有效控制，从而人为地 改变半导体的电学性质，如n型半导体和p型半导 体。 原因：杂质能级的产生－－晶体的势场的周期性 受到破坏而产生附加势场，使得电子或空穴束缚 在杂质周围，产生局域化的量子态即局域态，使 能带极值附近出现分裂能级－－杂质能级。 本征半导体（intrinsic ）能带： 没有 Eg 能级 实际半导体（extrinsic ）： 1、晶体中晶格位置的原子在平衡位置振动 点缺陷 空位 缺陷的出现： 线缺陷 位错 面缺陷 层错 2、和晶体基质原子不同的杂质原子的存在 无意掺杂 源材料和工艺 杂质的出现： 有目的控制 有意掺杂 材料性质 杂质和缺陷对能带结构的影响： 在半导体的禁带中引入杂质或缺陷能级 影响半导体的电、光性质。 根据杂质能级在禁带中的位 置，将杂质分为： 浅能级杂质→能级接近导 带底 Ec 或价带顶 Ev ； 深能级杂质→能级远离导带 底 Ec 或价带顶 Ev 。 本章主要内容： 1、硅、锗中的浅能级和深能级杂质以及和杂 质能级，浅能级杂质电离能的计算，并了解杂 质补偿作用。 2、III-V族化合物主要是GaAs 中的杂质能级， 理解等电子陷阱、等电子络合物以及两性杂质 等概念。 §2-1半导体中的杂质和缺陷 一、杂质存在的方式和缺陷类型 1、存在方式： (1)间隙式→杂质位于组成半导体的元 素或离子的格点之间的间隙位置。 Note: 间隙式原子的半径一般比较小。 金刚石结构中，一个晶胞内的原子占晶体原胞的 34%，空隙占 66% 。 Li H 、 在硅、锗、砷化镓中是以间隙式杂质。 (2)替位式→杂质占据格点的位置，大 小接近，价电子壳层结构相近。 Si ：r=0.117nm B ：r=0.089nm P ：r=0.11nm 硅、锗是Ⅳ 族元素，与Ⅲ 、Ⅴ族元素的情况比 较相近，它们在硅、锗晶体中都是替位式杂质。 = Si = Si = Si = ‖ ‖ ‖ + ● = Si = P = Si = ‖ ‖ ‖ = Si = Si = Si = ‖ ‖ ‖ 单位