最新半导体中杂质和缺陷能级模板课件PPT.ppt

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1、半导体中杂质和缺陷能级模板2.1.1、杂质的类型杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其它元素。杂质在半导体中的分布状况（1）替位式杂质：杂质原子与被替代的晶格原子的大小比较相近，而且其价电子层结构也比较相近（2）间隙式杂质：通常这种杂质的原子半径是比较小的（3）杂质浓度：单位体积中的杂质原子数2.1.3受主杂质、受主能级举例：Si中掺硼B（Si：B）受主杂质—B在晶体中而产生导电空穴，被称为受主杂质或者P型杂质杂质电离—受主杂质接受一个电子，在晶体中产生一个空穴的过程，称为杂质电离。在Si单晶中，Ⅲ族受主替位杂质两种荷电

2、状态的价键图（a）电离态（b）中性受主态△EA=EA-EVECEAEV空穴浓度p0>电子浓度n0受主能级：把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级。受主电离能：是使被俘获的空摆脱束缚，从而可以参与传导电流所需的能量△EA=EA-EV杂质半导体1、n型半导体：特征：a、施主杂质电离，导带中出现施主提供的电子b、电子浓度n>空穴浓度p2、p型半导体：特征：a、受主杂质电离，价带中出现受主提供的空穴b、空穴浓度p>电子浓度n杂质能级位于禁带之中Ec杂质能级Ev上述杂质的特点：施主电离能△ED《Eg受主电离能△EA《Eg浅

3、能级杂质·杂质的双重作用：1、改变半导体的电阻率2、决定半导体的导电类型即：杂质在半导体禁带中产生的能级距带边较近2.1.4浅能级杂质电离能的简单计算（1）用类氢原子模型估算浅能级杂质的电离能浅能级杂质=杂质离子+束缚电子（空穴）（2）氢原子基态电子的电离能氢原子电子满足：解得电子能量：氢原子基态能量：氢原子的电离能：故基态电子的电离能：2.1.4浅能级杂质电离能的简单计算正、负电荷所处介质：估算结果与实际测量值有相同数量级Ge：△ED～0.0064eVSi:△ED～0.025eV2.1.5、杂质的补偿作用1、本征激发

4、与本征半导体（1）本征激发：在纯净半导体中，载流子的产生必须依靠价带中的电子激发到导带，它的特点是每产生一个导带电子就相应在价带中产生一个空穴，即电子和空穴是成对产生的。这种激发称为本征激发。即：n0=p0=ni（ni为本征载流子浓度）（2）本征半导体：不含杂质的半导体就是本征半导体。ni=ni（T）电子浓度空穴浓度n0=p0=ni在室温（RT=300K）下：ni（Ge）≌2.4×1013cm-3ni（Si）≌1.5×1010cm-3ni（GaAs）≌1.6×106cm-3ni——本征载流子浓度（3）n型半导体与p型半导

5、体(A)如施主浓度ND>nin型半导体(B)如受主浓度NA>nip型半导体当半导体中掺入一定量的浅施主或浅受主时，因其离化能△ED或△EA很小（～RT下的kT=0.026eV）,所以它们基本上都处于离化态。(4)杂质的补偿,既掺有施主又掺有受主（A）ND(施主浓度）>NA（受主浓度）时所以：有效的施主浓度ND*=ND-NA>ni因EA在ED之下，ED上的束缚电子首先填充EA上的空位，即施主与受主先相互“抵消”，剩余的束缚电子再电离到导带上。补偿半导体n型半导体EDEAUESTCNuoLiu（B）NA>ND时EDEA所以：

6、有效的受主浓度ND*=ND-NA>nip型半导体因EA在ED之下，ED上的束缚电子首先填充EA上的空位，即施主与受主先相互“抵消”，剩余的束缚空穴再电离到价带上。（C）NA≈ND时杂质的高度补偿※就实际而言：半导体的最重要的性质之一，就是能够利用施主和受主杂质两种杂质进行参杂，并利用杂质的补偿作用，根据人们的需要改变半导体中某一区域的导电类型，以制成各种器件。2.1.6深能级杂质（1）浅能级杂质（2）深能级杂质△ED≮Eg△EA≮EgEAEDEDEAEcEcEvEv△ED《Eg△EA《Eg杂质在半导体禁带中产生的能级距带

7、边较远UESTCNuoLiu深能级杂质的特征1、浅能级施主能级靠近导带，浅能级受主能级靠近价带；深能级施主则主要位于禁带中线下，深能级受主主要位于禁带中线上。例1：Au（Ⅰ族）在Ge中Au在Ge中共有五种可能的状态：（1）Au+；（2）Au0（3）Au一（4）Au二（5）Au三。2、多重能级特性：一些深能级杂质产生多次电离，导致多重能级特性。（1）Au+：Au0–eAu+△EEgECEVED失去唯一的价电子，产生施主能级ED。（2）Au一：Au0+eAu一△EA1ECEAEVAu接受一个电子后变成Au-，产生受主能级EA

8、1（3）Au二：Au一+eAu二ECEA2EA1EV△E=△EAu接受两个电子后变成Au=，产生受主能级EA2（4）Au三：Au二+eAu三Au接受三个电子后变成Au三，产生受主能级EA3Au在Si中既可作施主，又可作受主，称为两性杂质；如果在Si中掺入Au的同时又掺入浅受主杂质，Au呈施主作用；反之，若同时掺入施主