半导体物理课件 半导体中杂质和缺陷能级.ppt

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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 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) 即使微量的杂质,对半导体的导电能力会带来巨大的影响----半导体的特性。 周期性势场被破坏 杂质:与本体原子不同元素的原子。 (只有替位杂质才能被激活) 正如一般电子为晶体原子所束缚的情况,电子也可以受杂质的束缚,形成杂质能级。电子也具有确定的能级,这种杂质能级处于禁带(带隙)之中,它们对实际半导体的性质起着决定性作用。 杂质存在的方式--替位式杂质和间隙式杂质 替位式杂质:激活的。 间隙式杂质:中性的(束缚的) 一、替位式杂质、间隙式杂质 替位式杂质 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 杂质原子小于晶体原子 计算表明:在晶体的晶胞中,只有34%是被原子占据,其余66%都是空的。可以很容易被一些杂质原子占据。 杂质浓度:单位体积内的杂质原子数 二、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ED,施主电离能量为ΔED。 n型半导体 依靠导带电子导电的半导体。 三、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EA。受主电离能量为ΔEA p型半导体 依靠价带空穴导电的半导体。 四、浅能级杂质电离能简单计算 类氢模型 氢原子中电子能量 n=1,2,3……,为主量子数,当n=1和∞时 氢原子基态电子的电离能 考虑到正、负电荷处于介电常数ε=ε0εr的介质中,且处于晶格形成的周期性势场中运动,所以有: 施主杂质电离能 受主杂质电离能 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●Si ●P 对于Si中的P原子, 剩余电子的运动 半径:r ~ 65 ? Si的晶格常数为 5.4? ○ 对于Ge中的P 原子,r ? 85 ? 五、杂质的补偿作用 当NDNA时 n= ND-NA ≈ ND,半导体是n型的 当NDNA时 p= NA-ND ≈ NA,半导体是p型的 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 Ec ED 电离施主 电离受主 Ev EA Ec ED EA Ev 电离施主 电离受主 当ND≈NA时 补偿半导体 有效杂质浓度 补偿后半导体中的净杂质浓度。 不能向导带和价 带提供电子和空穴 Ec Ev EA ED

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