第二章 半导体中的杂质和缺陷e.ppt

等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这一带电中心由于库仑作用又能俘获另一种相反符号的载流子，形成束缚激子。 这种束缚激子在由间接带隙半导体材料制造的发光器件中起主要作用。 4. IV族元素 碳、硅、锗、锡、铅 取代III族原子, 起施主杂质作用。 取代V 族原子, 起受主作用。 IV族原子还可以杂乱地分布在III族原子和V族原子的晶格点上，杂质的总效果是起施主作用还是受主作用，与掺杂浓度及掺杂时外界条件有关。 硅在砷化镓中既能取代镓，表现为施主杂质；又能取代砷，表现为受主杂质。 这种性质称为杂质的双性行为。 锗、锡在砷化镓中，表现出双性行为 。 硅在磷化镓中，表现出双性行为。 VI族原子氧、硫、硒、碲与V族元素性质相近，常取代族V原子，它们比族元素多一个价电子且容易失去，为施主杂质，引入施主能级。 硫、硒、碲元素在砷化镓中的能级分别为 硫、硒、碲在磷化镓中的能级分别为 氧在砷化镓中，测得一个深施主能级为 5. VI族元素 2.3 缺陷、位错能级 点缺陷 间隙原子 空位 位错 1、元素半导体中的点缺陷 空位 原子的空位—受主 一个空位和其四个近邻原子的情况 （a）产生一个空位而不考虑共价键重构时的情形，原胞保持正四面体对称； （b）共价键重 构的情形,原子A趋向与原子B共价键合，原子C趋向与原子D共价键合，结果发生畸变。 间隙原子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si 间隙原子缺陷起施主作用 2、化合物半导体中的点缺陷 空位VGa、VAs 间隙原子GaI、AsI 反结构缺陷 —Ga原子占据As空位 As原子占据Ga空位 记为GaAs和AsGa。 当Ga的位置被As取代后，多余价电子，相当于施主 当As的位置被Ga取代后，缺少价电子，相当于受主 化合物晶体中的各类点缺陷可以电离，释放出电子或空穴，从而影响材料的电学性质。 化合物半导体硫化物（ZnS)、氧化物(ZnO) 、硒化物、碲化物，离子键很强，为离子晶体，MX。 M-电负性小的原子, X-电负性大的原子。 正离子空位VM是受主， 负离子VX空位是施主。 间隙原子M为施主， 间隙原子X为受主。 在化合物半导体中，可以利用成分偏离正常的化学比，控制材料的导电类型。 硫化铅， 在硫分压大的气氛中处理，产生铅空位，获得p型硫化铅； 在铅分压大的气氛中处理，产生硫空位，获得n型硫化铅。 氧化物（如氧化锌），在真空中脱氧处理，产生氧空位，获得n型材料。 替位原子（化合物半导体中的一种点缺陷） 例如二元化合物 AB 两种替位原子： A取代B ， AB ，受主 B取代A， BA ，施主 因为B的价电子比A多， B取代A后，有把多余的价电子释放给导带的趋势；A取代B 后则有接受电子的倾向。 例如在砷化镓中， 砷取代镓原子，AsGa起施主作用 镓取代砷原子，GaAs起受主作用 这类缺陷（替位原子）在离子性强的化合物中存在的几率很小，因为库仑力的排斥作用，引入AB 或BA 所需能量很大，在离子晶体中常可忽略其作用。 这种点缺陷也称为反结构缺陷。 位错 是半导体中的一种缺陷，它对半导体材料和器件的性能会产生严重影响。 硅、锗晶体中的位错情况很复杂。 最简单的位错实例。 前述类型杂质，电离能很低，电子或空穴受到正电中心或负电中心的束缚很微弱，可利用类氢模型来估算杂质的电离能。 当硅、锗中掺入V族杂质如磷原子时，在施主杂质处于束缚态的情况下，这个磷原子将比周围的硅原子多一个电子电荷的正电中心和一个束缚着的价电子。用氢原子模型估计 的数值。 氢原子中电子的能量 n=1,2,3,… ,为主量子数 基态能量 电离态 电离能 浅能级杂质电离能的简单计算 修正考虑 1、晶体内存在的杂质原