ch2 半导体中的杂质和缺陷能级

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1、理想半导体：原子严格地周期性排列，晶体具有完整的晶格结构。晶体中无杂质，无缺陷。电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带——电子能量只能处在允带中的能级上，禁带中无能级。由本征激发提供载流子Ch2半导体中的杂质和缺陷能级杂质：与组成半导体材料元素不同的其它化学元素。如硅中掺磷、掺硼等引入杂质和缺陷的意义：半导体材料独特的性质，取决于杂质影响．极微量的杂质和缺陷，能够对半导体材料的理化性质产生决定性的影响（半导体器件的质量）．可通过适当掺杂制造形形色色的器件半导体中的杂质和缺陷起什么样作用？为什么会起这样的作用？杂质和缺陷的存在，所产生的附加势场使严格的周

2、期性势场受到破坏，可能在禁带中引入允许电子具有的能量状态(即能级)．ECEV杂质能级重点和难点施主杂质、施主能级、n型半导体；受主杂质、受主能级、p型半导体；施主杂质和受主杂质的电离能杂质的补偿作用；浅能级杂质和深能级杂质2.1Si、Ge中的杂质能级根据杂质在半导体中位置不同，可分为：替位式杂质和间隙式杂质(interstitial)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi间隙式：原子半径小替位式：占据正常的格点位置原子的大小与被取代的晶体原子大小比较相近2.1.1替位式杂质间隙式杂质杂质浓度：描述杂质的含量多少1/c

3、m3引入的杂质能级位于禁带中ECEV杂质能级EgSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi间隙式替位式2.1.2施主杂质、施主能级一、施主杂质：当五价元素磷（或锑）在硅中成为替位式杂质并且电离时，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。SiP+SiSiSiSiSiSiSi-硅中的施主杂质每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。磷为施主杂质(n型杂质)。本征半导体掺入施主杂质后成为n型半导体。

4、磷替代硅，其效果是形成一个正电中心P+和一个多余的价电子。这个多余的价电子就束缚在正电中心P+的周围（弱束缚）。+4+4+5+4多余价电子磷原子二、N型半导体：本征半导体中掺入磷等Ⅴ族元素后，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。N型半导体中的载流子是什么？1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。+4+4+5+4多余价电子磷原子三、施主电离施主杂质释放电子的过程叫施

5、主电离。未电离时是中性的，称为束缚态或中性态；电离后成为正电中心，称为离化态+4+4+5+4多余价电子磷原子杂质电离能杂质电离能：使多余电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量，ΔED(Donor)+4+4+5+4多余价电子磷原子硅、锗晶体中V族杂质的电离能（eV）晶体杂质PAsSbSiGe0.0440.01260.0490.01270.0390.0096Ｖ族杂质元素在硅、锗中的电离能很小，在硅中约为0.04-0.05eV，在锗中约为0.01eV,比硅、锗的禁带宽度Eg小得多[Eg(Ge)=0.72eV]四、施主能级和施主电离（1）+4+4+5+4多余价电子磷

6、原子问题：该电子的能量？比成键电子自由得多（ED》Ev）与导带电子也有差别（受到P+库伦吸引作用）∴ED=EC-E库伦落在禁带中施主能级：将被施主杂质束缚的电子的能量状态，ED施主能级和施主电离（2）T=0k，束缚态T≠0K，电子得到能量ΔED，从施主的束缚态跃迁到导带成为导电电子，所以电子被施主杂质束缚时的能量比导带底EC低ΔED。（离化态）电离的原因：热激发、远红外光的照射∵ΔED《Eg，∴施主能级离导带底很近⊕⊕ECEVEDEgΔED施主杂质是比较少的，杂质原子间的相互作用可以忽略，一种杂质的施主能级是具有相同能量的孤立能级∴杂质原子用短线表示⊕⊕E

7、CEVEDEgΔED2.1.3受主杂质受主能级一、受主杂质：当三价元素，如硼（或铟）在硅中成为替位式杂质并电离时，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。SiB-SiSiSiSiSiSiSi+硅中的受主杂质硼原子接受电子，称为受主原子。B为受主杂质(p型杂质)。本征半导体掺B后成为p型半导体（空穴半导体）硼原子接受一个电子后，成为带负电的硼离子，称为负电中心（B-）。带负电的硼离子和带正电的空穴间有静电引力作用，这个空穴受到硼离子的束缚，在硼离子附近运动。

8、空穴B-+4+4+3+4但硼离子对这个空穴的束缚是弱束缚，很少的能