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1、第二章 半导体中的杂质和缺陷理想半导体理想半导体：1、原子严格周期性排列，具有完整的晶格、原子严格周期性排列，具有完整的晶格 结构。结构。2、晶体中无杂质，无缺陷。、晶体中无杂质，无缺陷。3、电子在周期场中作共有化运动，形成允、电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带带和禁带电子能量只能处在允带中的电子能量只能处在允带中的能级上，禁带中无能级。能级上，禁带中无能级。本征半导体本征半导体晶体具有完整的（完美的）晶体具有完整的（完美的）晶格结构，无任何杂质和缺陷。由本征激晶格结构，无任何杂质和缺陷。由本征激发提供载流子。发提供载流子。实际半导体实际半导体u 实际半导体中原子并不是静止在具有实际半
2、导体中原子并不是静止在具有严格周期性的晶格位置上，而是在其平严格周期性的晶格位置上，而是在其平衡位置附近振动；衡位置附近振动；u 实际半导体并不是纯净的，而是含有实际半导体并不是纯净的，而是含有杂质的；杂质的；u 实际的半导体晶格结构并不是完整无缺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，点缺的，而是存在着各种形式的缺陷，点缺陷，线缺陷，面缺陷；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导体的性质产生了决定性的作用主要内容主要内容 1.浅能级杂质能级和杂质电离；浅能级杂质能级和杂质电离；2.
3、浅能级杂质电离能的计算；浅能级杂质电离能的计算；3.杂质补偿作用杂质补偿作用 4.深能级杂质的特点和作用深能级杂质的特点和作用 1、等电子杂质；、等电子杂质；2、族元素起两性杂质作用族元素起两性杂质作用2-1 元素半导体中的杂质能级元素半导体中的杂质能级2-3 缺陷能级缺陷能级2-2 化合物半导体中的杂质能级化合物半导体中的杂质能级点缺陷对半导体性能的影响点缺陷对半导体性能的影响 2.1 Si、Ge晶体中的杂质能级晶体中的杂质能级1 1、杂质与杂质能级、杂质与杂质能级、杂质与杂质能级、杂质与杂质能级杂质：杂质：杂质：杂质：半导体中存在的与本体元素不同半导体中存在的与本体元素不同半导体中存在的与
4、本体元素不同半导体中存在的与本体元素不同的其它元素。的其它元素。的其它元素。的其它元素。杂质的来源：杂质的来源：有意掺入有意掺入无意掺入无意掺入根据杂根据杂质在能级中的位置不同：质在能级中的位置不同：替位式是杂质替位式是杂质间隙式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，说明还有66%是空隙。是空隙。Si 中的杂质有两种存在中的杂质有两种存在方式，方式，a：间隙式杂质：间隙式杂质 特点：杂质原子一般较小，锂元素特点：杂质原子一般较小，锂元素b：替位式杂质：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特点：杂质原
5、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，可以相比，价电子壳层结构比较相近，和和族元族元素在素在Si，Ge中都是替位式中都是替位式以硅为例说明以硅为例说明单位体积中的杂质原子数称为单位体积中的杂质原子数称为杂质浓度杂质浓度B:替位式替位式杂质占据格点杂质占据格点位置。大小接近、电子位置。大小接近、电子壳层结构相近壳层结构相近Si：r=0.117nmB：r=0.089nmP：r=0.11nmLi：0.068nmA:间隙式间隙式杂质位于间隙杂质位于间隙位置。位置。SiSiSiSiSiSiSiPSiLiN型半导体型半导体P型半导体型半导体复合中心复合中心陷阱陷阱杂质分类杂质分类
6、浅能级杂质浅能级杂质深能级深能级杂质杂质杂质能级位于禁带中杂质能级位于禁带中Eg浅能级浅能级施主杂质施主杂质施主能级施主能级Ei受主杂质受主杂质 受主能级受主能级EcEv浅能级浅能级(1)VA族的替位杂质族的替位杂质施主杂质施主杂质在硅在硅Si中掺入中掺入PSiSiSiSiSiSiSiP+Si磷原子替代硅原子后，形成一个正电中心P和一个多余的价电子束缚态束缚态未电离未电离离化态离化态电离后电离后2、元素半导体的杂质、元素半导体的杂质 （a）电离态）电离态 （b）中性施主态）中性施主态 过程：过程：1.形成共价键后存在正电中心形成共价键后存在正电中心P+；2.多余的一个电子挣脱束缚，在晶格中自由
7、动；多余的一个电子挣脱束缚，在晶格中自由动；杂质电离杂质电离3.P+成为不能移动的正电中心；成为不能移动的正电中心；杂质电离，杂质电离能，施主杂质电离，杂质电离能，施主杂质（杂质（n型杂质），施主能级型杂质），施主能级电离的离的结果：果：导带中的中的电子数增加了，子数增加了，这即是即是掺施主的意施主的意义所在所在。1.施主处于束缚态，施主处于束缚态，2.施主电离施主电离 3施主电离后处于施主电离后处于离化态离化态能能带带图图中中施施主主杂杂质质电电离离的的过过程程电电离离时时，P原原子子能能够够提提供供导导电电电电子子并并形形成成正正电电中心，中心，施主杂质施主杂质。施主杂质施主杂质 施主能级
8、施主能级被施主杂质束缚的电子被施主杂质束缚的电子的能量比导带底的能量比导带底Ec低，低，称为称为施主能级施主能级，ED。施主杂质少，原子间相施主杂质少，原子间相互作用可以忽略，施主互作用可以忽略，施主能级是具有相同能量的能级是具有相同能量的孤立能级孤立能级ED施主浓度：施主浓度：ND施主电离能施主电离能ED=弱束缚的电子摆脱杂质原子弱束缚的电子摆脱杂质原子束缚成为晶格中自由运动的束缚成为晶格中自由运动的 电子（导带中的电子）所需电子（导带中的电子）所需要的能量要的能量ECED ED=ECED施主电离能施主电离能EV-束缚态束缚态离化态离化态+施主杂质的电离能小，施主杂质的电离能小，在常温下基本
9、上电离。在常温下基本上电离。含有施主杂质的半导体，其导电的载流子主要含有施主杂质的半导体，其导电的载流子主要是电子是电子N型半导体，或电子型半导体型半导体，或电子型半导体晶晶体体杂质杂质PAsSbSi0.044 0.049 0.039Ge 0.01260.01270.0096定义：n施主杂质施主杂质V族族元元素素在在硅硅、锗锗中中电电离离时时能能够够释释放放电电子子而而产产生生导导电电电电子子并并形形成成正正电电中中心心，称称此此类类杂杂质质为施主杂质或为施主杂质或n型杂质。型杂质。n施主电离施主电离施主杂质释放电子的过程。施主杂质释放电子的过程。n施主能级施主能级被被施施主主杂杂质质束束缚缚
10、的的电电子子的的能能量量状状态态，记记为为ED，施主电离能量为，施主电离能量为ED。nn型半导体型半导体依靠导带电子导电的半导体。依靠导带电子导电的半导体。3、受主能级：举例：、受主能级：举例：Si中掺硼中掺硼B 在在Si单晶中，单晶中，族受主替位杂质两种电荷状态的价键族受主替位杂质两种电荷状态的价键（a）电离态）电离态 （b）中性受主态）中性受主态 价价价价带带空穴空穴空穴空穴 电电离受主离受主离受主离受主 B B-2、受主能级受主能级：举例：举例：Si中掺硼中掺硼B过程：过程：1.形成共价键时，形成共价键时，从从Si 原子中夺取一个电子，原子中夺取一个电子，Si 的共价键中产生一个空的共价
11、键中产生一个空穴；穴；2.当空穴挣脱硼离子的束当空穴挣脱硼离子的束缚，形成固定不动的负电缚，形成固定不动的负电中心中心B-受主电离，受主电离能，受主受主电离，受主电离能，受主杂质（杂质（p型杂质），受主能级型杂质），受主能级电离的离的结果：果：价带中的空穴数增加了，这即是掺受主的意受主的意义所在1.受主处于束缚态，受主处于束缚态，2，受主电离，受主电离 3，受主电离后，受主电离后处于离化态处于离化态能能带带图图中中受受主主杂杂质质电电离离的的过过程程在在Si中掺入中掺入BB具有得到电子的性质，这类杂质称为具有得到电子的性质，这类杂质称为受主杂质受主杂质。受主杂质向价带提供空穴。受主杂质向价带提
12、供空穴。B获得一个电子变成获得一个电子变成负离子，成为负电中负离子，成为负电中心，周围产生带正电心，周围产生带正电的空穴。的空穴。BBEA受主浓度：受主浓度：NAEcEvEA受主电离能和受主能级受主电离能和受主能级受主电离能受主电离能EA=空穴摆脱受主杂质束缚成为导电空穴摆脱受主杂质束缚成为导电 空穴所需要的能量空穴所需要的能量-束缚态束缚态离化态离化态+受主杂质的电离能小，在受主杂质的电离能小，在常温下基本上为价带电离常温下基本上为价带电离的电子所占据的电子所占据空穴由空穴由受主能级向价带激发。受主能级向价带激发。含有受主杂质的半导体，其导电的载流子主要含有受主杂质的半导体，其导电的载流子主
13、要是空穴是空穴P型半导体，或空穴型半导体型半导体，或空穴型半导体。晶晶体体杂质杂质BAlGaSi0.045 0.057 0.065Ge0.010.010.011定义：n受主杂质受主杂质III族族元元素素在在硅硅、锗锗中中电电离离时时能能够够接接受受电电子子而而产产生生导导电电空空穴穴并并形形成成负负电电中中心心，称称此此类类杂杂质质为受主杂质或为受主杂质或p型杂质。型杂质。n受主电离受主电离受主杂质释放空穴的过程。受主杂质释放空穴的过程。n受主能级受主能级被被受受主主杂杂质质束束缚缚的的空空穴穴的的能能量量状状态态，记记为为EA。受主电离能量为受主电离能量为EAnp型半导体型半导体依靠价带空穴
14、导电的半导体。依靠价带空穴导电的半导体。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，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。如子。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，掺入半导体的杂质原子向半导体提供导电的空穴，并成为带负电的离半导体提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如子。如Si中掺的中掺的B小结！小结！等电子杂质等电子杂质N型半导体型半导体特征：特征：a 施主杂质电离，导带中施主杂质电离，导带中出现施主提供的导电电子出现施主提供的导
15、电电子b 电子浓度电子浓度n 空穴浓度空穴浓度pP 型半导体型半导体特征：特征：a 受主杂质电离，价带中受主杂质电离，价带中出现受主提供的导电空穴出现受主提供的导电空穴b空穴浓度空穴浓度p 电子浓度电子浓度n ECEDEVEA-+-+EgN型和型和P型半导体都称为型半导体都称为极性半导体极性半导体P型型半半导导体体价价带带空空穴穴数数由由受受主主决决定定，半半导导体体导导电电的的载载流流子子主主要要是是空空穴穴。空空穴穴为为多多子子，电电子子为少子。为少子。N型型半半导导体体导导带带电电子子数数由由施施主主决决定定，半半导导体体导导电电的的载载流流子子主主要要是是电电子子。电电子子为为多多子子
16、，空空穴为穴为少子少子。多子多子多数载流子多数载流子少子少子少数载流子少数载流子杂杂质质向向导导带带和和价价带带提提供供电电子子和和空空穴穴的的过过程程（电电子子从从施施主主能能级级向向导导带带的的跃跃迁迁或或空空穴穴从从受受主主能能级级向向价价带带的的跃跃迁迁）称称为为杂杂质质电电离离或或杂杂质质激激发发。具具有杂质激发的半导体称为有杂质激发的半导体称为杂质半导体杂质半导体 杂质激发杂质激发3.杂质半导体杂质半导体电子从价带直接向导带激发，成为导带的自由电子从价带直接向导带激发，成为导带的自由电子，这种激发称为电子，这种激发称为本征激发本征激发。只有本征激发。只有本征激发的半导体称为的半导体
17、称为本征半导体本征半导体。本征激发本征激发N型和型和P型半导体都是型半导体都是杂质半导体杂质半导体 施主向导带提供的载流子施主向导带提供的载流子=10161017/cm3 本征载流子浓度本征载流子浓度杂质半导体中杂质载流子浓度远高于杂质半导体中杂质载流子浓度远高于本征载流子浓度本征载流子浓度Si的原子浓度为的原子浓度为10221023/cm3掺入掺入P的浓度的浓度/Si原子的浓度原子的浓度=10-6例如：例如：Si 在室温下，本征载流子浓度为在室温下，本征载流子浓度为1010/cm3，上述杂质的特点：上述杂质的特点：施主杂质：施主杂质：受主杂质：受主杂质：浅能级杂质浅能级杂质杂质的双重作用：杂
18、质的双重作用：u 改变半导体的导电性改变半导体的导电性u 决定半导体的导电类型决定半导体的导电类型杂质能级在禁带中的位置杂质能级在禁带中的位置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+-施主施主-+受主受主浅能级杂质浅能级杂质=杂质离子杂质离子+束缚电子（空穴）束缚电子（空穴）类氢模型类氢模型玻尔原子电子的运动玻尔原子电子的运动轨道半径轨道半径为：为：n=1为基态电子的运动轨迹为基态电子的运动轨迹玻尔能级：玻尔能级：玻尔原子模型玻尔原子模型n类氢模型类氢模型氢原子中电子能量氢原子中电子能量n=1,2,3，为主量子数，当，为主量子数，当n=1和无穷时和无穷时n氢原子基态电子的电离
19、能氢原子基态电子的电离能n考考 虑虑 到到 正正、负负 电电 荷荷 处处 于于 介介 电电 常常 数数=0 0r r的的介介质质中中，且且处处于于晶晶格格形形成成的的周周期期性性势势场场中中运运动动，所所以以电电子子的的惯惯性性质质量量要用有效质量代替要用有效质量代替类氢模型：类氢模型：计算束缚电子或空穴运动轨道计算束缚电子或空穴运动轨道半径及电离能半径及电离能运动轨道半径：运动轨道半径：电离能：电离能：n施主杂质电离能施主杂质电离能n受主杂质电离能受主杂质电离能对于对于Si中的中的P原子，剩余电子的运动半径原子，剩余电子的运动半径约为约为24.4：Si:a=5.4剩余电子本质上是剩余电子本质
20、上是在晶体中运动在晶体中运动SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi：r=1.17施主能级靠近导带底部施主能级靠近导带底部对于对于Si、Ge掺掺PEcEvED估算结果与实测值有估算结果与实测值有相同的数量级相同的数量级对于对于Si、Ge掺掺BEcEvEAEcED电离施主电离施主电离受主电离受主Ev5.杂质的补偿作用杂质的补偿作用(1)NDNA半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受主之间有互相抵消的作用主之间有互相抵消的作用此时半导体为此时半导体为n
21、型半导体型半导体 有效施主浓度有效施主浓度n=ND-NAEAEcEDEAEv电离施主电离施主电离受主电离受主(2)NDNA时时 n=ND-NA ND，半导体是，半导体是n型的型的n当当NDNA时时 p=NA-ND NA，半导体是，半导体是p型的型的n当当NDNA时时补偿半导体补偿半导体n有效杂质浓度有效杂质浓度补偿后半导体中的净杂质浓度。补偿后半导体中的净杂质浓度。6.深杂质能级深杂质能级根据杂质能级在禁带中根据杂质能级在禁带中的位置，杂质分为：的位置，杂质分为：浅能级杂质浅能级杂质能级接近导带底能级接近导带底Ec或价带顶或价带顶Ev，电离能很小电离能很小深能级杂质深能级杂质能级远离导带底能级
22、远离导带底Ec或价带顶或价带顶Ev，电离能较大，电离能较大ECEDEVEAEgECEAEVEDEg深能级杂质深能级杂质n非非III、V族元素（族元素（52页图页图2-8/9）n特点特点多为替位式杂质多为替位式杂质硅硅、锗锗的的禁禁带带中中产产生生的的施施主主能能级级距距离离导导带带底底和和价带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质。价带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质。深深能能级级杂杂质质能能够够产产生生多多次次电电离离，每每次次电电离离均均对对应应一一个个能能级级。有有的的杂杂质质既既能能引引入入施施主主能能级级，又又能引入受主能级。能引入受主能级。例例1：Au（族）在族）在Ge中中Au在Ge
23、中共有五种五种可能的状态：（1）Au+；（2）Au0；（3）Au一；（4）Au二；（5）Au三。在在Ge中掺中掺Au 可产生可产生3个受主能级，个受主能级，1个施主能级个施主能级AuGeGeGeGeAu+Au0Au-Au2-Au3-1.Au失去一个电子失去一个电子施主施主AuEcEvEDED=Ev+0.04 eVEcEvEDEA1Au2.Au获得一个电子获得一个电子受主受主EA1=Ev+0.15eV3.Au获得第二个电子获得第二个电子EcEvEDEA1Au2EA2=Ec-0.2eVEA24.Au获得第三个电子获得第三个电子EcEvEDEA1EA3=Ec-0.04eVEA2EA3Au3深能级杂质
24、特点深能级杂质特点：n不容易电离，对载流不容易电离，对载流子浓度影响不大；子浓度影响不大；n一般会产生多重能级，一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级甚至既产生施主能级也产生受主能级。也产生受主能级。n能起到复合中心作用，能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降使少数载流子寿命降低。低。EcEvEDEAAu doped Silicon0.35eV0.54eV1.12eV0.29eV0.352-2 化合物半导体中的杂质能级化合物半导体中的杂质能级 族化合物半导体中的杂质族化合物半导体中的杂质理想的理想的GaAs晶格晶格价键结构：价键结构：含有离子键成分的含有离子键成分的共价键结构共价键结构Ga-A
25、sGaGaAsGaAs+GaAs施主杂质施主杂质替代替代族元素族元素受主杂质受主杂质替代替代III族元素族元素两性杂质两性杂质III、族元素族元素等电子杂质等电子杂质同族原子取代同族原子取代等电子杂质等电子杂质 等电子杂质等电子杂质是与基质晶体原子具有同数量是与基质晶体原子具有同数量价电子的杂质原子替代了同族原子后，价电子的杂质原子替代了同族原子后，基本仍是电中性的。但是由于基本仍是电中性的。但是由于共价半径共价半径和和电负性电负性不同，它们能俘获某种载流子而成不同，它们能俘获某种载流子而成为带电中心。带电中心称为为带电中心。带电中心称为等电子陷阱等电子陷阱。例如，例如，N取代取代GaP中的中
26、的P而成为负电中心而成为负电中心电子陷阱电子陷阱空穴陷阱空穴陷阱束束缚激子激子 等等电子陷阱俘子陷阱俘获一种符号的一种符号的载流子后，流子后，又因又因带电中心的中心的库仑作用又俘作用又俘获另一另一种种带电符号的符号的载流子，形成束流子，形成束缚激子。激子。两性杂质两性杂质举例：举例：GaAs中掺中掺Si（族）族）Ga：族族 As：族族 Si Ga 施主施主 两性杂质两性杂质 SiAs 受主受主两性杂质两性杂质：在化合物半导体中，某种杂质在化合物半导体中，某种杂质在在 其中既可以作施主又可以作受主，这其中既可以作施主又可以作受主，这种杂质称为种杂质称为两性杂质两性杂质。2.32.3氮化镓、氮化铝
27、、碳化氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级硅中的杂质能级点缺陷：空位、间隙原子点缺陷：空位、间隙原子线缺陷：位错线缺陷：位错面缺陷：层错、晶界面缺陷：层错、晶界SiSiSiSiSiSiSiSiSi1、缺陷的类型、缺陷的类型2-4 缺陷能级缺陷能级2.元素半导体中的缺陷元素半导体中的缺陷(1)空位空位SiSiSiSiSiSiSiSi原子的空位起原子的空位起受主受主作用。作用。(2)填隙填隙SiSiSiSiSiSiSiSiSiSi间隙原子缺陷起间隙原子缺陷起施主施主作用作用 AsGaAsAsAsAsGaAsGaGaGaAsGaAsGaAs反结构缺陷反结构缺陷GaAs受主受主 AsGa施主施主3.Ga
28、As晶体中的点缺陷晶体中的点缺陷空位空位VGa、VAs VGa受主受主 VAs 施主施主间隙原子间隙原子GaI、AsI GaI施主施主 AsI受主受主e4.族化合物半导体的缺陷族化合物半导体的缺陷族化合物半导体族化合物半导体离子键结构离子键结构负离子负离子正离子正离子+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-a.负离子空位负离子空位产生正电中心，起施主作用产生正电中心，起施主作用+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-电负性小电负性小b.正离子填隙正离子填隙产生正电中心，起施主作用产生正电中心，起施主作用+-+-+-+-+-+-+-
29、+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+产生负电中心，起受主作用产生负电中心，起受主作用c.正离子空位正离子空位+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-电负性大产生负电中心，起受主作用产生负电中心，起受主作用d.负离子填隙负离子填隙+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-负离子空位负离子空位产生正电中心，起施主作用产生正电中心，起施主作用正离子填隙正离子填隙正离子空位正离子空位负离子填隙负离子填隙产生负电中心，起受主作用产生负电中心，起受主作用第二章第二章 半导体中的杂
30、质和缺陷能级半导体中的杂质和缺陷能级1.什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2.什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出n型半导体。型半导体。3.什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出p型半导体。型半导体。4.掺杂半导体与本征半导体之间有何差异？试举掺杂半导体与本征半导体之间有何差异？试举例说明掺杂对半导体的导电性能
31、的影响。例说明掺杂对半导体的导电性能的影响。5.两性杂质和其它杂质有何异同？两性杂质和其它杂质有何异同？6.深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响？深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响？7.何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？何谓杂质补偿？杂质补偿的意义何在？1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体的禁带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电（电离施主）或带带宽度的杂质。它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离受主）的离子，并同时向导带提供电子或向价带负电（电离受主）的离子，并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。提供空穴。2、解
32、：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电、解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电离子，并同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。离子，并同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。施主电离成为带正电离子（中心）的过程就叫施主电离。施主电离成为带正电离子（中心）的过程就叫施主电离。施主电离前不带电，电离后带正电。例如，在施主电离前不带电，电离后带正电。例如，在Si中掺中掺P，P为为族元素。族元素。本征半导体本征半导体Si为为族元素，族元素，P掺入掺入Si中后，中后，P的最外层电子的最外层电子有四个与有四个与Si的最外层四个电子配对成为共价电子，而的最外层四个电子配对成为共价电子，而P
33、的第五的第五个外层电子将受到热激发挣脱原子实的束缚进入导带成为自个外层电子将受到热激发挣脱原子实的束缚进入导带成为自由电子。这个过程就是施主电离。由电子。这个过程就是施主电离。3、解：半导体中掺入受主杂质后，受主电离、解：半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电的离子，并同时向价带提供后将成为带负电的离子，并同时向价带提供空穴，这种杂质就叫受主。空穴，这种杂质就叫受主。受主电离成为带负电的离子（中心）的受主电离成为带负电的离子（中心）的过程就叫受主电离。过程就叫受主电离。受主电离前带不带电，电离后带负电。受主电离前带不带电，电离后带负电。例如，在例如，在Si中掺中掺B，B为为族元素，而本
34、征半族元素，而本征半导体导体Si为为族元素，族元素，P掺入掺入B中后，中后，B的最外层的最外层三个电子与三个电子与Si的最外层四个电子配对成为共的最外层四个电子配对成为共价电子，而价电子，而B倾向于接受一个由价带热激发的倾向于接受一个由价带热激发的电子。这个过程就是受主电离。电子。这个过程就是受主电离。4、解：在纯净的半导体中掺入杂质后，可以控制半导体的导、解：在纯净的半导体中掺入杂质后，可以控制半导体的导电特性。掺杂半导体又分为电特性。掺杂半导体又分为n型半导体和型半导体和p型半导体。型半导体。例如，在常温情况下，本征例如，在常温情况下，本征Si中的电子浓度和空穴浓度均为中的电子浓度和空穴浓
35、度均为1.5x1010cm-3。当在。当在Si中掺入中掺入1.0 x1016cm-3 的的P后，半导体中的电后，半导体中的电子浓度将变为子浓度将变为1.0 x1016cm-3，而空穴浓度将近似为，而空穴浓度将近似为2.25x104cm-3。半导体中的多数载流子是电子，而少数载流子是空穴。半导体中的多数载流子是电子，而少数载流子是空穴。5、解：两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主的杂、解：两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主的杂质。如质。如-族族GaAs中掺中掺族族Si如果如果Si替位替位族族As，则，则Si为施主；为施主；如果如果Si替位替位族族Ga，则，则Si为受主。所掺入的杂质
36、具体是起施主为受主。所掺入的杂质具体是起施主还是受主与工艺有关。还是受主与工艺有关。6、解：深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用。、解：深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用。浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用。浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用。7、当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先互相抵、当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先互相抵消，剩余的杂质最后电离，这就是杂质补偿。消，剩余的杂质最后电离，这就是杂质补偿。利用杂质补偿效应，可以根据需要改变半导体中某个区域的利用杂质补偿效应，可以根据需要改变半导体中某个区域的导电类型，制造各种器件。导电类型，制造各种器件。第二章 习题1.P64 习题习题 72.设计一个实验：首先将一块本征半导体设计一个实验：首先将一块本征半导体变成变成N型半导体，然后再设法使它变成型半导体，然后再设法使它变成P型半导体。型半导体。