刘诺-半导体物理学-第二章

1、 型半导体。
As 有 5 个价电子，其中的四个价电子与周围的四个 Ge 原子形成共价键，还剩余一个电子，同时 As 原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个 As原子取代一个 Ge 原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而 As 原子形成一个不能移动的正电中心。
这个过程叫做施主杂质的电离过程。
能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心，称为施主杂质或N 型杂质，掺有施主杂质的半导体叫 N 型半导体。
3. 以 Ga 掺入 Ge 中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和 p 型半导体。
Ga 有 3 个价电子，它与周围的四个 Ge 原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge 晶体的共价键中产生了一个空穴，而 Ga 原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个 Ga 原子取代一个 Ge 原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在 Ga 原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而 Ga 原子形成一个。

2、离过程和 n 型半导体。
As 有 5 个价电子，其中的四个价电子与周围的四个 Ge 原子形成共价键，还剩余一个电子，同时 As 原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个 As原子取代一个 Ge 原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子.多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱,很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导电的自由电子，而 As 原子形成一个不能移动的正电中心。
这个过程叫做施主杂质的电离过程。
能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心，称为施主杂质或N 型杂质，掺有施主杂质的半导体叫 N 型半导体。
3. 以 Ga 掺入 Ge 中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和 p 型半导体。
Ga 有 3 个价电子，它与周围的四个 Ge 原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在Ge 晶体的共价键中产生了一个空穴，而 Ga 原子接受一个电子后所在处形成一个负离子中心，所以，一个 Ga 原子取代一个 Ge 原子，其效果是形成一个负电中心和一个空穴，空穴束缚在 Ga 原子附近，但这种束缚很弱，很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的导电空穴，而 Ga 。

3、动；实际半导体并不是纯净的，而是含有杂质的；实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而是存在着各种形式的缺陷，点缺陷，线缺陷，面缺陷；,杂质和缺陷可在禁带中引入能级，从而对半导体的性质产生了决定性的作用,主要内容,1. 浅能级杂质能级和杂质电离；2. 浅能级杂质电离能的计算；3. 杂质补偿作用4. 深能级杂质的特点和作用,1、等电子杂质； 2、族元素起两性杂质作用,2-1 元素半导体中的杂质能级,2-3 缺陷能级,2-2 化合物半导体中的杂质能级,点缺陷对半导体性能的影响,2.1 Si、Ge晶体中的杂质能级 1、杂质与杂质能级 杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其它元素。
,杂质的来源：,有意掺入 无意掺入,根据杂质在能级中的位置不同：,替位式是杂质 间隙式杂质,在金刚石型晶体中，晶胞中原子的体积百分数为34%，说明还有66%是空隙。
Si 中的杂质有两种存在方式， a：间隙式杂质特点：杂质原子一般较小，锂元素 b：替位式杂质特点：杂质原子的大小与被替代的晶格原子大小可以相比，价电子壳层结构比较相近，和族元素在Si，Ge中都。

4、缺陷：极微量的杂质和缺陷，会对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响，同时也严重影响半导体器件的质量,杂质的影响：105个硅原子中有一个杂质硼原子，室温电导率增加103个数量级。
,缺陷的影响：硅平面器件要求位错密度控制在103cm2以下。
,原因1.破坏了周期性势场； 2.在禁带中引入了杂质能级。
允许电子在禁带中存在，从而使半导体的性质发生改变。
,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 2.2 -族化合物中的杂质能级 2.3 氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级 2.4 缺陷、位错能级,2.1硅、锗晶体中的杂质能级 2.1.1替位式杂质 间隙式杂质,晶体有间隙：金刚石晶体中，原子占全部的34%，空隙占66%。
空隙-间隙位置，如金刚石原胞中央的位置T和三个面心、三个体心原子的中央H。
,金刚石结构（ Diamond Structure）,硅、锗晶体中的间隙,例：如图所示为一晶格常数为a的Si晶胞，求：（a）Si原子半径（b）晶胞中所有Si原子占据晶胞的百分比,解：（a）,（b。

5、杂质电离（1）施主与n型半导体 ：电子浓度n0 空穴浓度 p0（2）受主与p型半导体 ：空穴浓度 p0电子浓度n0,第二章 半导体中的杂质和缺陷能级,UESTC Nuo Liu,KEY：1、施主 施主能级 施主电离能 2、受主 受主能级 受主电离能,2.1 Si、Ge晶体中的杂质能级,UESTC Nuo Liu,1、杂质与杂质能级,杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其它元素。
杂质来源: （1）有意掺入（2）无意掺入 杂质在半导体中的分布状况 （1）替位式杂质 （2）间隙式杂质,UESTC Nuo Liu,杂质出现在半导体中时，产生的附加势场使严格的周期性势场遭到破坏：,UESTC Nuo Liu,杂质能级位于禁带之中,Ec杂质能级Ev,UESTC Nuo Liu,2、施主能级：举例：Si中掺磷P（Si：P）,导带电子,电离施主 P+,Si,U。