1、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）,2.1.1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 杂质浓度：单位体积内的杂质原子数NA，ND,2.1.2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
2、的能量状态，记为ED，施主电离能量为ED。 n型半导体 主要依靠导带电子导电的半导体。,2.1.3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EA p型半导体 主要依靠价带空穴导电的半导体。,2.1.4 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=0r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
3、杂质电离能受主杂质电离能,2.1.5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 当NDNA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。,2.1.6深能级杂质,非III、V族元素 特点 多为替位式杂质 在硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远，产生的受主能级距离价带顶较远，形成深能级。 深能级杂质能够产生多次电离，每次电离均对应一个能级。,金是I族元素 故可失去一个电子，施主能级略高于价带顶； 也可得到三个电子，形成稳定的共价键结构。但由于库仑力的排斥作用，后获得电子的电离能大于先获得电子的电离能。即E
4、A3EA2EA1。 金在各种存在ED、 EA3、EA2、EA1四个孤立能级。,2.3缺陷、位错能级 2.3.1点缺陷,热缺陷（由温度决定） 1.单质、化合物半导体中均存在的点缺陷 弗伦克尔缺陷 成对出现的间隙原子和空位 肖特基缺陷 只形成空位而没有间隙原子 2.只存在于化合物半导体中的点缺陷 对于化合物半导体，偏离正常的化学比 化合物半导体中的替位原子 ,锗、硅中的情况 空位易于间隙原子出现 因为空位周围有四个不成对电子，所以空位表现出受主作用 每个间隙原子有四个可以失去的电子，所以表现出施主作用,化合物半导体的情况 GaAs中的镓空位和砷空位均表现为受主作用； 离子性强的化合物半导体（M,X），正离子空位是受主，负离子空位是施主，金属原子为间隙原子时为施主，非金属原子为间隙原子时为受主。 离子性弱的二元化合物AB，替位原子AB是受主，BA是施主。,2.3.2位错,锗中的60棱位错 （111）面内位错线10-1和滑移方向1-10之间的夹角是60，图2-18。 锗中位错具有受主及施主的作用。 晶格畸变,
