半导体物理2 西交.pdf

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1、在实际的半导体材料中，总是不可避免地存在有杂质和各种类型的缺陷。第二章半导体中的杂质和缺陷能级微量杂质对半导体性质起决定性的影响，例：在Si中掺入百万分之一的硼B，电导率提高百万倍•硅和锗中的杂质能级（重点）在半导体的研究和应用中，常常有意识的加入•Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体中的杂质适当的杂质，在禁带中引入相应的杂质能级。•缺陷与缺陷能级12一、杂质在半导体中存在的形式及杂质浓度§2.1硅和锗中的杂质能级1.间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子的间隙；•杂质在半导体中存在的形式及杂质浓度杂质原子小，Li＋半径0.068

2、nm施主杂质、施主能级和n型半导体受主杂质、受主能级和p型半导体2.替位式杂质：杂质原子取代晶格原子；电离能近似计算:类氢模型原子大小与晶格原子相近杂质补偿作用原子的价电子壳层结构相近（IV、III、V族元素）•浅能级杂质3.杂质浓度：单位体积中杂质原子的个数•深能级杂质单位：1/cm3、1/m3。n：电子浓度，p：空穴浓度341与硅、锗半导体相关的元素周期表PeriodIIIIIIVVVI2BCNO3MgAlSiPS4ZnGaGeAsSe5CdInSnSbTe6HgPbBi原子实+456二、浅能级杂质施主杂

3、质、施主能级和n型半导体1.施主杂质、施主能级和n型半导体依靠电子导电的半导体－n型半导体Si中掺入V族元素（如磷P）EcΔEDED磷取代Si原子位置（替位式）Eg正电中心正电中心P＋＋束缚电子（束缚态）电中性Ev吸收能量A.正电中心和束缚态：硅中掺入V族元素（磷P、砷As），替电子脱离正电中心（施主电离）位式杂质，4个价电子和周围的4个硅原子形成共价键，多余一个电子，形成一个正电中心P+，若多余电子束缚在正电中心周围－－束缚态，但是这种束缚很弱，少量的能量使电子电离施主＋导电电子（离化态）脱离正电中心成为导

4、电电子B.杂质电离：电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程固定在晶格上，不能移导带，参与导电7动，带一个单位的正电荷82Donors•施主杂质：V族原子在硅和锗中（如P，As，•WhenasemiconductorisSb）贡献电子，产生导电电子dopedwithimpurities–Extrinsicsemiconductor–Theimpurityenergylevelare¢施主能级：施主杂质在禁带中产生能级EDintroduced•N-typeSiwithdonor–Arsenicatomwithf

5、ivevalenceelectron¢施主电离能：电子脱离杂质原子的束缚成为•CovalentbondswithitsfourneighboringSiatoms导电电子所需要的能量•Thefifthelectron–RelativelysmallbondingenergytoitshostarsenicatomΔ=−EDCDEE–Be“ionized”tobecomeaconductionelectron•Thearsenicatomiscalledadonor–Siliconbecomen-typen型半

6、导体：依靠电子导电的半导体•Becausetheadditionofthenegativechargecarrier910DonorsThermalgenerationoffreeelectronsMobileMobileelectronelectronEC自由电子的产生PeriodIIIIIIVVVIED两种方式：2BCNONeutralIonizedDonorDonor1.本征激发3MgAlSiPSAtomAtomEV4ZnGaGeAsSeMobile2.杂质电离“hole”5CdInSnSbTeSili

7、con6HgPbBiAtomSiliconAtomLookingatsomenumbers:•About1022atoms/cm3.donors:elementsfromgroupV(PAsSbBi)→release•About1015dopants/cm3orabout1dopantatomforevery10,000,000siliconatom.ofelectrons→n-typesemiconductor•Densityofcarrierspreciselycontrolledbyaddingdopa

8、ntatomstopurecrystal.•Intrinsiccarrierdensityabout1010electrons/holes/cm3orabout1siliconatomin1,000,000,000,000haslostanelectronduetothermalenergy.11123ionizationofdonorsP36,表2-12.受主杂质、受主能级和p型半导体ioniza