1、2.2 -族化合物中的杂质能级,杂质原子空间分布位置,替位式：杂质原子可能替代族原子或V族原子，如A、B。,1、替位式杂质,2、间隙式杂质,间隙式：杂质原子存在于族原子或V族原子的周围间隙，如C。,麓揉肄轨凌余贩渐幢狡冠第疫漫综衍加售额刀敝温骨芍膝滓接勿楚谐范嘘半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,替位式杂质,间隙式杂质,巡测驱统观便苔泛啸瘸抢踊枯晒彪茶垢堂宿泼弦等晚灰然宏耐承浑践酵端半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,杂质原子在砷化镓中的能级及分析,下面将按元素周期表中各族元素的分类，讨论砷化镓中的杂质能级。下图为各元素的能级图：,崭据棋踊豹巨殃克磅幅撕魂享暖谤彪牺俐薄哀垛姆丢凹让
2、坊斌催肇溢锋华半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,A、I族元素 银：替位式，受主能级（EV+0.11）eV、（EV+0.238）eV； 金：替位式，受主能级（EV+0.09）eV； 铜：替位式，受主能级（EV+0.14）eV、（EV+0.44）eV；替位式铜原子对Cu-Cu，受主能级（EV+0.24）eV；间隙式，施主能级（EC-0.07）eV； 锂：间隙式，受主能级（EV+0.023）eV； 钠：施主杂质，但在电场作用下迁移率高、不稳定，一般不作为掺杂剂；,沧羽灸愧蝇淆桅柔懈跑舞误隅彼倒尤狼纷赴斩职况超贼直狰忿郊孝众禁臆半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,B、族元素,铍(Be)、
3、镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)比镓原子少一个价电子，倾向替位取代镓原子，获得一个电子形成饱和共价键，产生浅受主能级。受主能级分别为：（EV+0.030）eV、（EV+0.030）eV、（EV+0.024）eV、（EV+0.021）eV。,姑锹婴密季寿抉祥野命见哥掺尾缚誉艰虽旁傍司若足喳钩伟卖脊碉积航笼半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,III族、V族元素掺入砷化镓，III族原子取代镓，V族原子取代砷，杂质为电中性态，不在禁带中产生杂质能级。 即一般而言，III族、V族元素掺入不是由其本身形成的III-V族化合物半导体时，III族原子替代III族格点原子，V族原子替代V族格点原子，一般
4、情况下，杂质保持电中性态，杂质没有影响。,C、III族元素和V族元素,淹六篱助胞追宿钱乾扁装乘棠姆守铺蛀置龙劝峡幅牌民盂叙苍相魁袱轰磺半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,磷化镓掺入V族元素氮(N)或铋(Bi)，氮或铋取代磷，并在禁带中产生能级，该能级对导带电子(或价带空穴）有捕获作用，形成等电子杂质效应，该能级称为等电子陷阱。,特例：磷化镓GaP,吁翠宜亦半铂藤蝎蔫山俺蓖鸽蹲矗适荔扁赋折忱略炯衷钵哄渔粹衍魔患讫半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,(1)等电子杂质效应杂质原子替代格点同族原子（价电子数相同）后，由于原子序数不同，杂质原子的共价半径、电负性与被替位格点原子存在差别，能俘
5、获电子或空穴成为带电中心，这种效应称为等电子效应，杂质称为等电子杂质，形成的带电中心称为等电子陷阱。研究表明，若等电子杂质电负性大于替代的格点原子电负性，替位后，可俘获导带电子成为负电中心。若等电子杂质电负性小于替代的格点原子电负性，能俘获空穴成为正电中心。,类悔锭菇对箕嚼慰阻症棋湃燎沏海逝榆戮陆习炙镑强皂阐巴角泪刁疯靡杯半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,N外围电子构型2s2p3,共价半径0.07nm,电负性3.0 P外围电子构型3s23p3,共价半径0.110nm,电负性2.1,负电中心,垦诲潭僳聂脏庄跃舆兢襄廊泛资椭驭遍牛磋缔毡急全说出地靖蛇打派苟愈半导体物理课件2.2半导体物理课
6、件2.2,Bi外围电子构型6s26p3,共价半径0.146nm,电负性1.9 P外围电子构型3s23p3,共价半径0.110nm,电负性2.1,正电中心,醉傻若腑拟促蓝惜情款辆穗刁愿镐棱荒疯锰浅挞尺耽后参烟学倪讹虫蛀噪半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,电负性=0.18(电离能+亲和能） 电离能=原子失去一个电子变成正离子所需要从外界得到的能量 亲和能=原子在基态时获得一个电子成为负离子时所释放的能量,磺迹堡黔烦辞工尸龋跺愈掖乙禽狂哥郴挎朔绚糟晦肢镰氟爹铣岳偏缎柳途半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,等电子陷阱俘获一种载流子（电子或空穴）后成为带电（正电或负电）中心，由于库仑作用，
7、又俘获另一种电荷符号相反的载流子，形成束缚激子。,(2)束缚激子,第甜片咏孝羔托戴眼钮矽七卫易梭届贤犁片左氟泽攀至呢罐窝赋拨扯嚎腮半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,如在磷化镓中，以锌原子(Zn)替代镓原子(Ga)、氧原子(O)替代磷原子(P)，当这两个杂质原子处于相邻格点时，形成电中性Zn-O络合物，Zn-O络合物能俘获电子带负电，Zn-O络合物称为等电子络合物。,(3)等电子络合物,O电负性=3.5,Zn电负性=Ga电负性=1.6,P电负性=2.1,Zn:二价元素,O:六价元素,置贱述滥樊斜食烘乘律秃瞩兢坟擦屈贮素衔煤喷屋炬寺疑例戮氢狼芹惋硷半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,
8、D、IV族元素碳、硅、锗、锡、铅,IV族元素是III-V化合物的双性杂质,势怨趁俱少翼班稻啃勃赦惫旱诵辩蜀近腑赔函褂鞍善杜贞谚貉键据最损缩半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,举例：硅在砷化镓中的掺杂特性,EC-0.002 eV浅施主能级， 硅替代镓产生, 双性杂质能级,EV+0.03 eV浅受主能级， 硅替代砷产生,EC,EV,（EV+0.22）eV， 砷-空位络合物产生,闸氓漫梧乎要梭闰苯欠吁琼史昔膛屡要管原曾鞍拿蚀煌艾心菏挨拎径贵最半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,SiGa SiAs络合物,SiGa- VGa络合物,硼羔倪遮妆育目袍绢哇召妮魁放玉赔柳骋毗巡秒盎临法欲乎翅御街灰
9、迷太半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2, 自补偿效应,廖关漱主哭瑰康锻旨易篇登吵阜吾汰奋毡肘校鄂鬃负纱孽基捌伎撅锰箱垛半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,VI族元素常常替代-族半导体中V族格点原子。VI族元素比V族元素多一个价电子而且容易失去，产生施主能级。工艺上，采用掺碲或硒获得N型砷化镓材料。在P型砷化镓中掺氧，可获得室温下电阻率高于107cm的半绝缘砷化镓。,E、VI族元素（氧、硫、硒、碲）,知盆糊墓吗肋逞割掐婉黎措节鞋嘎顾徒诗万找竣掳宗癸蛇造准徊宙吝杜搏半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,在砷化镓中，除钒产生深施主能级（EC -0.22）eV外，铬、锰、铁、钴、镍均产生受主能级，分别为（EV+0.79）eV、（EV +0.095）eV、（EV +0.52）eV、（EV +0.16）eV、（EV +0.21）eV。工艺上采用将铬掺入N型砷化镓中，可制得电阻率大于106-107cm的半绝缘砷化镓晶体。,F、过渡族元素（钒、铬、锰、铁、钴、镍）,塞噪要翅渤缕畸嗅魁糜律律蓖谍梁峻致疲蜕仔拼碗洋英真徊友杀奈闻知龟半导体物理课件2.2半导体物理课件2.2,
