第二章半导体中杂质和缺陷能级课件.ppt

1、第二章半导体中的杂质和缺陷能级第二章半导体中的杂质和缺陷能级金钢石晶体结构中的四面体间隙位置金钢石晶体结构中的六角形间隙位置SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi 施施 主主 掺掺 杂（掺磷杂（掺磷）SiP+SiSiSiSiSiSiSi-磷替代硅，其效果是磷替代硅，其效果是形成一个正电中心形成一个正电中心P+和一个多余的价电子。和一个多余的价电子。这个多余的价电子就这个多余的价电子就束缚在正电中心束缚在正电中心P+的的周围（弱束缚）。周围（弱束缚）。+4+4+5+4多余多余价电子价电子磷原子磷原子带有分立的施主能级带有分立的施主能级的能带图的能带图施主能

2、级电离能带图施主能级电离能带图 受受 主主 掺掺 杂（掺硼）杂（掺硼）SiB-SiSiSiSiSiSiSi+硼原子接受一个电子后，硼原子接受一个电子后，成为带负电的硼离子，成为带负电的硼离子，称为负电中心（称为负电中心（B-）。带负电的硼离子和带正带负电的硼离子和带正电的空穴间有静电引力电的空穴间有静电引力作用，这个空穴受到硼作用，这个空穴受到硼离子的束缚，在硼离子离子的束缚，在硼离子附近运动。附近运动。空穴空穴B-+4+4+3+4受主能级电离能带图受主能级电离能带图带有分立的受主能级带有分立的受主能级的能带图的能带图 被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA。施主能级位于离价带顶很近的

3、禁带中 杂质原子间的相互作用可忽略，某一种杂质的受主能级是一些具有相同能量的孤立能级。表2-2 硅、锗晶体中III族杂质的电离能(eV)施主和受主浓度：施主和受主浓度：ND、NA施主：施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的电子，并成为带正电的离子。如提供导电的电子，并成为带正电的离子。如 Si中掺的中掺的P 和和As受主：受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如 Si中掺的中掺的B 总结222024032nqmEnn=

4、1时,基态电子能量eVqmE613322202401.n=时，氢原子电离E=0氢原子的电离能eVEEE6.1310eVEEE6.13102020022022461332rnrnrnDmmEmmqmE*.0*26.0mmn12reVED025.00*12.0mmn0*12.0mmn16reVED0064.020*200*22024*6.138rPrPrPAmmEmmhqmE00220220202044rmmnmqrnmqrnrnr*基态下（n=1），氢原子的轨道半径：nmr05301.作业：第二章习题7第二章习题8两题都加上第三小问 请画出杂质能级的能带图n在半导体中，若同时存在着在半导体中，若

5、同时存在着施主施主和和受主受主杂质，施杂质，施受主杂质之间有受主杂质之间有互相抵消互相抵消的作用，通常称为的作用，通常称为杂质杂质的补偿作用的补偿作用。NDNANANDNANDNDNA因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到NA个受主能级上，还有ND-NA个电子在施主能级上，杂质全部电离时，跃迁到导带中的导电电子的浓度为n=ND-NA。即则有效施主浓度为NAeff ND-NAECEVEDEA2、当当NAND 施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上，施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上，受主能级上还有受主能级上还有NA-ND个空穴，它们可接受价个空穴，它们可接受价带上的带上的NA-N

6、D个电子，在价带中形成的空穴浓个电子，在价带中形成的空穴浓度度p=NA-ND.即有效受主浓度为即有效受主浓度为NAeff NA-NDECEVEDEA3、当NAND时，不能向导带和价带提供电子和空穴，称为杂质的高度补偿.这种材料容易被误认高纯半导体，实际上含杂质很多，性能很差，不能用采制造半导体器件.杂质补偿作用是制造各种半导体器件的基础杂质补偿作用是制造各种半导体器件的基础 如能根据需要用扩散或离子注人方法来改变半导如能根据需要用扩散或离子注人方法来改变半导体中某一区域的导电类型，以制成各种器件体中某一区域的导电类型，以制成各种器件.晶体管制造过程中的杂质补偿晶体管制造过程中的杂质补偿n型型S

7、i外延层外延层PN硼磷NN金在锗中产生的能级金在锗中产生的能级金在锗中产生4个能级，ED是施主能级，EA1、EA2和EA3是受主能级。中性金原子只有一个价电子，它取代锗原子后，金的这一价电子可以电离跃迁到导带，形成施主能级ED。它也可以从价带接受3个电子，形成三个受主能级。金有5种荷电状态，Au+,Au0,Au-,Au-,Au-ECEVEDEA1EiEA2EA30.040.200.150.04金在锗中的能级金在锗中的能级晶体杂质GaAsGaPGaAs、GaP晶体中受主杂质的电离能晶体中受主杂质的电离能GaAs电子浓度和硅杂质浓度的关系电子浓度和硅杂质浓度的关系晶体杂质GaAsGaPGaAs、GaP晶体中受主杂质的电离能（晶体中受主杂质的电离能（eV)间隙原子缺陷：间隙原子缺陷：只有间隙原子而无原子空位只有间隙原子而无原子空位肖特基缺陷：肖特基缺陷：n2.4.2 位错 线位错（在一条线附近原子的排列偏离了严格的周期性）面位错（在一个面附近原子的排列偏离了严格的周期性）根据实验测得：Si中位错能级在价带顶上面0.030.09eV处 Ge中的位错能级在导带底下面0.20.35eV处 都属于深受主能级 当位错密度较高时，由于它和杂质之间的补偿作用，能使浅施主杂质的n型Si、Ge中的电子浓度降低，而对p型Si、Ge却没有这种影响。