《Ch2 半导体中的杂质和缺陷能级.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Ch2 半导体中的杂质和缺陷能级.ppt（75页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、理想半导体：理想半导体：原子严格地周期性排列，晶体具有完整的晶格结构。晶体中无杂质，无缺陷。电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带电子能量只能处在允带中的能级上，禁带中无能级。由本征激发提供载流子 Ch2 半导体中的杂质和缺陷能级半导体中的杂质和缺陷能级杂质：与组成半导体材料元素不同的其它化学元素。如硅中掺磷、掺硼等引入杂质和缺陷的意义：半导体材料独特的性质，取决于杂质影响极微量半导体材料独特的性质，取决于杂质影响极微量的杂质和缺陷，能够对半导体材料的理化性质产生决的杂质和缺陷，能够对半导体材料的理化性质产生决定性的影响（半导体器件的质量）定性的影响（半导体器件的质量）可通过适当掺杂可通过
2、适当掺杂可通过适当掺杂可通过适当掺杂制造形形色色的器件制造形形色色的器件制造形形色色的器件制造形形色色的器件半导体中的杂质和缺陷起什么样作用？半导体中的杂质和缺陷起什么样作用？为什么会起这样的作用？为什么会起这样的作用？杂质和缺陷的存在，所产生的附加势场使严格杂质和缺陷的存在，所产生的附加势场使严格的的周期性势场周期性势场受到破坏，可能在禁带中引入允许受到破坏，可能在禁带中引入允许电子具有的能量状态电子具有的能量状态(即能级即能级)ECEV杂质能级杂质能级重点和难点重点和难点施主杂质、施主能级、n型半导体；受主杂质、受主能级、p型半导体；施主杂质和受主杂质的电离能杂质的补偿作用；浅能级杂质和深
3、能级杂质2.1 Si、Ge中的杂质能级中的杂质能级根据杂质在半导体中位置不同，可分为：替位式杂质和间隙式杂质(interstitial)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi间隙式：原子半径小替位式：占据正常的格点位置原子的大小与被取代的晶原子的大小与被取代的晶体原子大小比较相近体原子大小比较相近2.1.1 替位式杂质 间隙式杂质杂质浓度：描述杂质的含量多少 1/cm3引入的杂质能级位于禁带中ECEV杂质能级EgSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi间隙式替位式2.1.2 施主杂质、施主能级施主杂质、施主能级一、施
4、主杂质：一、施主杂质：当五价元素磷（或锑）在硅中成当五价元素磷（或锑）在硅中成为替位式杂质并且电离时，磷原子的最外层有五为替位式杂质并且电离时，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了就成了不能移动的带正电的离子。不能移动的带正电的离子。SiP+SiSiSiSiSiSiSi-硅中的施主杂质硅中的施主杂质每个磷原子给出一个电子，称为每个磷原子给出一个电子，称为施主
5、原子施主原子。磷为磷为施主杂质施主杂质(n型杂质型杂质)。本征半导体掺入施主杂质后成为本征半导体掺入施主杂质后成为n型半导体。型半导体。磷替代硅，其效果是形成一个正电中心磷替代硅，其效果是形成一个正电中心P+和一个多余的价电子。这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束缚在正电中心就束缚在正电中心P+的周围（的周围（弱束缚弱束缚）。）。+4+4+5+4多余多余价电子价电子磷原子磷原子二、二、N 型半导体：型半导体：本征半导体中掺入磷等本征半导体中掺入磷等族元素后，自由电子浓度大大增族元素后，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。半导体
6、）。N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流多数载流子子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。+4+4+5+4多余多余价电子价电子磷原子磷原子三、施主电离三、施主电离施主杂质释放电子的过程叫施主电离。未
7、电离时是中性的，称为束缚态或中性态；电离后成为正电中心，称为离化态+4+4+5+4多余多余价电子价电子磷原子磷原子杂质电离能杂质电离能杂质电离能：使多余电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量，ED(Donor)+4+4+5+4多余多余价电子价电子磷原子磷原子 硅、锗晶体中V族杂质的电离能（eV）晶体杂 质PAsSbSiGe0.0440.01260.0490.01270.0390.0096 族杂质元素在硅、锗中的电离能很小，族杂质元素在硅、锗中的电离能很小，在硅中约为在硅中约为0.04-0.05eV，在锗中约为，在锗中约为0.01eV,比硅、锗的禁带宽度比硅、锗的禁带宽度Eg小得多小得多Eg(Ge
8、)=0.72eV四、施主能级和施主电离（四、施主能级和施主电离（1）+4+4+5+4多余多余价电子价电子磷原子磷原子问题：该电子的能量？1.比成键电子自由得多2.（EDEv）3.与导带电子也有差别4.（受到P+库伦吸引作用）ED=EC-E库伦 落在禁带中施主能级：施主能级：将被施主杂质束缚的电子的能量状态，ED施主能级和施主电离（施主能级和施主电离（2）u T=0k，束缚态，束缚态uT0K，电子得到能量电子得到能量ED，从施主的束缚态跃，从施主的束缚态跃迁到导带成为导电电子，所以电子被施主杂质束缚迁到导带成为导电电子，所以电子被施主杂质束缚时的能量比导带底时的能量比导带底EC低低ED。（离化态
9、）。（离化态）l电离的原因：热激发、远红外光的照射电离的原因：热激发、远红外光的照射 EDEg，施主能级离施主能级离导带底很近导带底很近ECEVEDEgED 施主杂质是比较少的，施主杂质是比较少的，杂质原子间的相互作用可以忽略杂质原子间的相互作用可以忽略，一种杂质的施主能级是具有一种杂质的施主能级是具有相同能量的孤立能级相同能量的孤立能级杂质原子用短线表示杂质原子用短线表示 ECEVEDEgED2.1.3 受主杂质受主杂质 受主能级受主能级一、受主杂质：当三价元素，如硼（或铟）三价元素，如硼（或铟）在硅中成为替位式杂质并电离时，硼原子在硅中成为替位式杂质并电离时，硼原子的最外层有三个价电子，与
10、相邻半导体原的最外层有三个价电子，与相邻半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。成为不能移动的带负电的离子。SiB-SiSiSiSiSiSiSi+硅中的受主杂质硅中的受主杂质硼原子接受电子，称为硼原子接受电子，称为受主原子受主原子。B B为为受主杂质受主杂质(p p型杂质型杂质)。本征半导体掺本征半导体掺B B后成为后成为p p型半导体（空穴半导体）型半导体（空穴半导体）硼原子接受一个电子后，成为带负电的硼离子，硼原子接受一个电子后，成为带负电的硼离子，称
11、为负电中心（称为负电中心（B-）。带负电的硼离子和带。带负电的硼离子和带正电的空穴间有静电引力作用，这个空穴受正电的空穴间有静电引力作用，这个空穴受到硼离子的束缚，在硼离子附近运动。到硼离子的束缚，在硼离子附近运动。空穴空穴B-+4+4+3+4 但硼离子对这个空穴的束缚是弱束缚，很少但硼离子对这个空穴的束缚是弱束缚，很少的能量就可以使空穴挣脱束缚，成为在晶的能量就可以使空穴挣脱束缚，成为在晶体的共价键中自由运功的导电空穴。体的共价键中自由运功的导电空穴。空穴空穴B-+4+4+3+4 硼原子成为多了一个价电子的硼离子（硼原子成为多了一个价电子的硼离子（B-）-不能移动的负电中心。不能移动的负电中
12、心。空穴空穴B-+4+4+3+4二、二、P 型半导体：型半导体：本征半导体中掺入本征半导体中掺入B等等族族元素后，空穴浓度大大增加的杂质半导体，元素后，空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（也称为（空穴半导体空穴半导体）。）。P 型半导体型半导体P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。P型半导体中载流子型半导体中载流子是什么？是什么？由受主原子提供的空穴，浓度与受主原子浓度相同空穴空穴硼原子硼原子+4+4+3+4三、受主电离三、受主电离受主杂质释放空穴的过程叫受主电离。未电离时是中性的，称为束缚态或中性态；电离后成为负电中心，称为受主离化态杂质电离能杂质电离能杂质
13、电离能：使多余空穴挣脱束缚成为导电空穴所需要的能量，EA(Acceptor)空穴空穴硼原子硼原子+4+4+3+4硅、锗晶体中硅、锗晶体中族杂质的电离能族杂质的电离能(eVeV)晶体杂 质BAlGaInSiGe0.0450.010.0570.010.0650.0110.160.011族杂质元素在硅、锗晶体中的电离能很小。族杂质元素在硅、锗晶体中的电离能很小。硅中约为硅中约为0.045-0.065eV。铟。铟(In)在硅中的电离能为在硅中的电离能为0.16eV，是一例外，在锗中约为，是一例外，在锗中约为0.01eV。比硅、锗晶体。比硅、锗晶体的的Eg小得多。小得多。四、受主能级和受主电离四、受主能
14、级和受主电离把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主受主能级能级，EA。EgEAEAECEV空穴得到能量空穴得到能量EA后，从受主的束缚态跃迁到后，从受主的束缚态跃迁到价带成为导电空穴，在能带图上表示价带成为导电空穴，在能带图上表示空穴的空穴的能量是越向下越高能量是越向下越高，空穴被受主杂质束缚时，空穴被受主杂质束缚时的能量比价带顶的能量比价带顶EV低低EA。EAEg，受主能级离受主能级离价带顶很近价带顶很近EgEAEAECEV受主能级和受主电离 EAEg，受主能级位于离价带顶很近的禁带中。受主能级位于离价带顶很近的禁带中。一般受主能级也是孤立能级。一般
15、受主能级也是孤立能级。纯净半导体中掺入受主杂质后，受主杂质电离，纯净半导体中掺入受主杂质后，受主杂质电离，使价带中的导电空穴增多，增强了半导体的导电能力，使价带中的导电空穴增多，增强了半导体的导电能力，把主要依靠空穴导电的半导体称为把主要依靠空穴导电的半导体称为空穴型或空穴型或p型半导体。型半导体。EgEAEAECEV 、族杂质在硅、锗晶体中分别是受主和施主杂族杂质在硅、锗晶体中分别是受主和施主杂质，起作用是由于禁带中引入能级质，起作用是由于禁带中引入能级;受主能级比价带顶高受主能级比价带顶高EA，施主能级则比导带底低施主能级则比导带底低ED.五、杂质半导体的示意表示法五、杂质半导体的示意表示
16、法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似。近似认为多子与杂质浓度相等。认为多子与杂质浓度相等。杂质可以处于两种状态，即杂质可以处于两种状态，即未电离未电离的的中性态或中性态或束缚态束缚态以及以及电离后的离化态电离后的离化态!处于离化态时，受主杂质向处于离化态时，受主杂质向价带提供空穴价带提供空穴而成为而成为负电中心负电中心，施主杂质向，施主杂质向导带提供电子导带提供电子而成为而成为正电中心正电中心.六 小结 硅、锗中的硅、锗中
17、的、V族杂质的电离能都很小，所以受族杂质的电离能都很小，所以受主能级很接近于价带顶，施主能级很接近于导带底。这主能级很接近于价带顶，施主能级很接近于导带底。这些杂质能级称为些杂质能级称为浅能级浅能级，产生浅能级的杂质称为，产生浅能级的杂质称为浅能级浅能级杂质。杂质。室温下，晶格原子热振动的能量会传递给电子，室温下，晶格原子热振动的能量会传递给电子，可使硅、锗中的可使硅、锗中的、族杂质几乎全部离化，称为族杂质几乎全部离化，称为全全电离电离七 浅能级杂质2.1.4 浅能级杂质电离能的简单计算浅能级杂质电离能的简单计算u类氢原子模型的计算类氢原子模型的计算氢原子：氢原子：两个修正：两个修正：a，00
18、rr(Si)=12 r(Ge)=16.2b,m0 m*注意Si,Ge多能谷效应，ED(A)几十meVSiP+SiSiSiSiSiSiSi-锗、硅的相对介电常数锗、硅的相对介电常数r r 分别为分别为16，12。锗锗D=0.05=0.05m mn n*/m m0 0 硅硅ED=0.1=0.1m mn n*/m m0 0而而m mn n*/m m0 0 ,m mn n*/m m0 0 小于小于1.1.硅锗中杂质电离能硅锗中杂质电离能肯定小于肯定小于0.1eV0.1eV和和0.05eV.0.05eV.受主杂质讨论相同受主杂质讨论相同.显而易见是显而易见是浅能级杂质浅能级杂质.晶体杂 质PAsSbSi
19、Ge0.0440.01260.0490.01270.0390.0096实测值与理论估算结果 具有相同的数量级Ge ED=0.0064eVSi ED=0.025eV2.1.5 杂质的补偿作用杂质的补偿作用 在半导体中，若同时存在着在半导体中，若同时存在着施主施主和和受主受主杂质，施受主杂质，施受主杂质之间有杂质之间有互相抵消互相抵消的作用，通常称为的作用，通常称为杂质的补偿杂质的补偿作用作用。空间角度的理解：施主周围有多余的价电子，受主周空间角度的理解：施主周围有多余的价电子，受主周围缺少价电子，施主多余的价电子正好填充受主周围缺少价电子，施主多余的价电子正好填充受主周围空缺的价键电子，使价键饱
20、和，使系统能量降低围空缺的价键电子，使价键饱和，使系统能量降低 稳定状态稳定状态 N ND D表表施主杂质浓度，施主杂质浓度，N NA A表受主杂质浓度，表受主杂质浓度，n表示导表示导带中电子浓度带中电子浓度,p表示价带中空穴浓度。表示价带中空穴浓度。假设施主和受主杂质全部电离时，杂质是如何补偿假设施主和受主杂质全部电离时，杂质是如何补偿的。的。1.当当N ND D N NA A时时 受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到迁到N NA A受主能级后，施主能级上还有受主能级后，施主能级上还有N ND D-N NA A个电子，在个电子，在杂
21、质全部电离的条件下，它们跃迁到导带中成为导电电杂质全部电离的条件下，它们跃迁到导带中成为导电电子，这时，子，这时，n=N ND D-N NA A N ND D ,半导体是半导体是n型的型的.ECEVEDEA 2.当当NA ND 时时 施主能级上的全部电子跃迁到受主能级后，施主能级上的全部电子跃迁到受主能级后，受主能级上还有受主能级上还有NA ND空穴，它们可以空穴，它们可以跃迁入价带成为跃迁入价带成为导电空穴导电空穴，所以，所以，p=NA ND,半导体是半导体是p型的。型的。ECEVEDEA 经过补偿之后，半导体中的净杂质浓度经过补偿之后，半导体中的净杂质浓度称为称为有效杂质浓度有效杂质浓度。
22、当。当N ND D N NA A时，则时，则 N ND D N NA A为有效施主浓度；当为有效施主浓度；当N NA A N ND D时，则时，则N NA A N ND D为有效受主浓度。为有效受主浓度。杂质补偿作用杂质补偿作用是制造各种半导体器件的基础。是制造各种半导体器件的基础。如能根据需要用如能根据需要用扩散扩散或或离子注人离子注人方法来改变半导方法来改变半导体中体中某一区域的导电类型，以制成各种器件某一区域的导电类型，以制成各种器件.N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Si外延层外延层PN硼N磷 问题问题-控制不当控制不当,会出现会出现N ND D N NA A
23、的现象。这时，施的现象。这时，施主电子刚好够填充受主能级，虽然杂质很多，但不能向主电子刚好够填充受主能级，虽然杂质很多，但不能向导带和价带提供电子和空穴导带和价带提供电子和空穴,这种现象称为这种现象称为杂质的高度补杂质的高度补偿偿.这种材料容易被误认高纯半导体，这种材料容易被误认高纯半导体，实际上含杂质很实际上含杂质很多，性能很差，多，性能很差，不能用采制造半导体器件不能用采制造半导体器件.2.1.6 深能级杂质深能级杂质在Si、Ge中掺入非、族杂质后，在Si、Ge禁带中产生的施主能级ED距导带底EC较远，产生的受主能级EA距价带顶EV较远，这种杂质称为深能级，对应的杂质称为深能级杂质。深能级
24、杂质特点：深能级杂质能级离带边较远，ED,EA可与Eg相比拟深能级杂质可以多次电离，每一次电离相应有一个能级。在硅、锗的禁带中往往引入若干个能级。且有的杂质既引入施主能级又引入受主能级（两性杂质）。讨论：讨论：杂质在硅、锗中的主要存在方式是替代式。分杂质在硅、锗中的主要存在方式是替代式。分析它们的能级情况，可以从四面体共价键的结构出析它们的能级情况，可以从四面体共价键的结构出发。发。以金在锗中产生的能级为例来说明。金在锗中以金在锗中产生的能级为例来说明。金在锗中产生四个能级，如图：产生四个能级，如图：金在锗中的能级金在锗中的能级ECEVEDEA1EIEA2EA30.200.150.040.04
25、 ED是施主能级，是施主能级，EA1 EA2 EA3是三个受主能是三个受主能级，它们都是深能级。图中级，它们都是深能级。图中Ei是禁带中线位置，是禁带中线位置，禁带中线以上的能级，注明离导带底的距离，禁带中线以上的能级，注明离导带底的距离，禁带中线以下的能级，注意离价带顶的距离。禁带中线以下的能级，注意离价带顶的距离。ECEVEDEA1EIEA2EA30.200.150.040.04 金是金是I族元素，中性金原子族元素，中性金原子(Au0)只有一个价电子只有一个价电子，它，它取代锗晶格中的一个锗原子而位于晶格点上，取代锗晶格中的一个锗原子而位于晶格点上，金比锗少金比锗少三个价电子，中性金原子的
26、这一个价电子，可以电离而三个价电子，中性金原子的这一个价电子，可以电离而跃迁到导带，这一施主能级为跃迁到导带，这一施主能级为ED。因此，电离能为因此，电离能为(ECED)。ECEVEDEA1EIEA2EA30.200.150.040.04 因为金的这个价电子被共价键所束缚，因为金的这个价电子被共价键所束缚，电离能很电离能很大，略小于锗的禁带宽度大，略小于锗的禁带宽度，所以，这个施主能级靠近，所以，这个施主能级靠近价带顶。价带顶。电离以后，中性金原子电离以后，中性金原子Au0就成为带一个电子电就成为带一个电子电荷的正电中心荷的正电中心Au+。ECEVEDEA1EIEA2EA30.200.150.
27、040.04 但另一方面，中性金原子还可以和周围的四个但另一方面，中性金原子还可以和周围的四个锗原子形成共价键。锗原子形成共价键。在形成共价键时，它可以从价带在形成共价键时，它可以从价带接受三个电子接受三个电子形成形成EA1 EA2 EA3三个受主能级三个受主能级。金原子。金原子Au0接受第一个接受第一个电子后变为电子后变为Au-，相应的受主能级为相应的受主能级为EA1，其电离能为，其电离能为(EA1EV)。ECEVEDEA1EIEA2EA30.200.150.040.04 接受第二个电子后，接受第二个电子后，Au变为变为Au=，相应的受主能相应的受主能级为级为EA2，其电离能为其电离能为(E
28、A2EV)。接受第三个电子后，接受第三个电子后，Au-变为变为Au，相应的受主能级为，相应的受主能级为EA3，其电离能为其电离能为(EA3 Ev)。上述的上述的Au-，Au=，Au分别表分别表Au0 成为成为带一个、两个、三个电子电荷的负电中心。带一个、两个、三个电子电荷的负电中心。ECEVEDEA1EIEA2EA30.200.150.040.04 电子间的库仑排斥作用电子间的库仑排斥作用:使金从价带接受第二个电子所需要的电离能比接使金从价带接受第二个电子所需要的电离能比接受第一个电子时的大受第一个电子时的大;接受第三个电子时的电离能比接受第二个电子时接受第三个电子时的电离能比接受第二个电子时
29、的大。的大。EA3 EA2EA1。EA1离价带顶相对近一离价带顶相对近一些，但是比些，但是比III族杂质引入的浅能级还是深得多，族杂质引入的浅能级还是深得多，EA2更深，更深，EA3就几乎靠近导带底了。于是金在就几乎靠近导带底了。于是金在锗中一共有锗中一共有Au+Au0 Au-，Au=，Au五种荷电五种荷电状态，相应地存在着状态，相应地存在着ED EA1 EA2 EA3 四个孤立能四个孤立能级，它们都是深能级。级，它们都是深能级。ECEVEDEA1EIEA2EA30.200.150.040.04 深能级杂质，一般情况下含量极少深能级杂质，一般情况下含量极少能级较深，它们对半导体中的能级较深，它
30、们对半导体中的导电电子浓度、导导电电子浓度、导电空穴浓度电空穴浓度(统称为载流子浓度统称为载流子浓度)和导电类型和导电类型的影响没的影响没有浅能级杂质显著，但对于载流子的有浅能级杂质显著，但对于载流子的复合作用复合作用比浅能比浅能级杂质强，这些杂质也称为级杂质强，这些杂质也称为复合中心复合中心。金是一种很典型的金是一种很典型的复合中心复合中心，在制造高速开关器件，在制造高速开关器件时，常有意地渗入金以提高器件的速度。时，常有意地渗入金以提高器件的速度。如：如：快恢复二极管快恢复二极管深能级杂质特点深能级杂质特点不容易电离，对载流子浓度影响不大一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级也产生受主能级
31、。能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降低（在第五章详细讨论）。深能级杂质电离后以为带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减少，导电性能下降。2.2-族化合物的杂质能级族化合物的杂质能级n nGaAsGaAs中的杂质中的杂质替位式杂质：取代III 族、V 族位置间隙式杂质：处于4 个III 族（V 族）原子围成的正四面体GaAsGaAsGaAsGaAsGaAsGaBGaAsGaAsGaAsAAsGaAsGaAsGaAsGaAsGaAsC各族元素在GaAs中的杂质行为(1)1.I 族Ag,Au 受主2.II 族Be 取代Ga位，少1 个价电子，受主（浅）3.III 族In 取代Ga位，既不
32、缺少价电子，也不多余价电子-等电子杂质4.IV 族Si 既可以取代Ga，又可以取代As-两性杂质 对于GaAs中的Si，首先倾向于成为施主，逐渐小部分成为受主各族元素在GaAs中的杂质行为(2)5.V 族P 取代As 位-等电子杂质6.VI 族Te 取代As 位，多1 个价电子，施主（浅）O 深施主 p 型GaAs中掺O-半绝缘GaAs（107cm）7.过渡族Cr 深受主n 型GaAs中掺Cr-半绝缘GaAs 2.3 缺陷、位错能级缺陷、位错能级2.3.1 点缺陷空位空位 V VC C V VSiSi间隙原子间隙原子 C Ci i SiSii i反结构缺陷反结构缺陷 C CSiSi各种复合体各
33、种复合体 V VC CC CSiSi VC-VSi 如如SiC晶体中：晶体中：出现在化合物半导体化合物半导体中Vo+e V受主 VC VSiVo-e V+施主 VC+VSi+弗弗仑仑克克耳耳缺缺陷陷-晶晶体体内内间间隙隙原原子子和和空空位位是是成成对对出现出现肖特基缺陷肖特基缺陷-晶体内形成空位而无间隙原子晶体内形成空位而无间隙原子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间间隙隙原原子子和和空空位位-既既产产生生又又不不断断复复合合达达到到平平衡衡浓度值浓度值分类：点缺陷（热缺陷）特点点缺陷（热缺陷）特点 热缺陷的数目随温度升高而增热缺陷中以肖特基缺陷为主（
34、即原子空位为主）。原因：三种点缺陷中形成肖特基缺陷需要的能量最小淬火后可以“冻结”高温下形成的缺陷。退火可以消除大部分缺陷。半导体器件生产工艺中，经高温加工（如扩散）后的晶片一般都需要进行退火处理。离子注入形成的缺陷也用退火来消除。缺陷的产生需要一定的能量缺陷的产生需要一定的能量可以通过退火消除缺陷，但是也可能产生二次缺陷可以通过退火消除缺陷，但是也可能产生二次缺陷点缺陷对半导体性质的影响点缺陷对半导体性质的影响缺陷处晶格畸变，周期性势场被破坏，致使在禁带中产生能级。热缺陷能级大多为深能级，在半导体中起复合中心作用，使非平衡载流子浓度和寿命降低。空位缺陷有利于杂质扩散对载流子有散射作用，使载流
35、子迁移率和寿命降低。位错位错线缺陷-位错位错产生的一排多余原子是不饱和键，有一个不成对的电子若失去电子 施主 俘获电子 受主刃位错滑移矢量 位错线 棱位错对半导体性能的影响：棱位错对半导体性能的影响：位错线上的悬挂键可以接受电子接受电子变为负电中心，表现为受主；悬挂键上的一个电子也可以被释放出来而变为正电中心，此时表现为施主，即不饱和的悬挂键具有双性行为，可以起受主作用，也可以起施主作用。位错线处晶格变形，导致能带变形能带变形棱位错对半导体性能的影响棱位错对半导体性能的影响（2）位错线影响杂质分布均匀性位错线若接受电子变成负电中心，对载流子有散射作用。（第四章）影响少子寿命，原因：一是能带变形，禁带宽度减小，有利于非平衡载流子复合；二是在禁带中产生深能级，促进载流子复合。（第五章）复习题复习题1解释施主杂质、受主杂质的意义。说明杂质能级以及电离能的物理意义。纯锗、硅中掺入族或族元素后，为什么使半导体电性能有很大的改变？何谓深能级杂质？它们电离以后有何特点？为什么金元素在锗或硅中电离后可以引入多个施主或受主能级？说明掺杂对半导体导电性能的影响。说明半导体中浅能级杂质和深能级杂质的作用有何不同？什么叫杂质补偿？什么叫高度补偿的半导体？杂质补偿有何实际应用？复习题复习题2 作业：1、3、5、7