第二章半导体中杂质和缺陷能级讲解.ppt

（2）GaAs晶体中的点缺陷 当T＞0K时： ●空位VGa、VAs ●间隙原子GaI、AsI ●反结构缺陷 —Ga原子占据As空 位，或As原子占据Ga空位，记为GaAs和AsGa。 三种典型 存在形式 A、空 位： 空位的性质由实验定，目前理论还无定论。 EC EA1（ VGa ）=EV+0.01eV EA2（ VAs ）=EV+0.18eV EV GaAs的两种空位均 表现为受主作用。 Si、Ge中的空位有不饱和 键可接受电子，因而呈现 受主作用。 B、反结构缺陷： AB 或 BA特征：主要出现在化合物半导体中。 例：GaAs中的反结构缺陷 GaAs：受主 AsGa：施主 因为As的价电子比Ga多。 这类缺陷在离子性强的化合物半导体(GaN/ZnO)中 存在较少，由于强的库仑相互作用，使得引入的缺 陷要很大的能量！ 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。 反结构 C、实际情况讨论 在实际晶体中，由于各种缺陷形成时所需要的能量不同，他们浓度会有很大差别。 GaAs空位： 曾经认为VAs、VGa是比较重要的，最近发现，主要缺陷是VAs、AsI。 对GaAs中的VGa、VAs、AsI是起施主还是起受主作用，尚有分歧，较多的人则采用VAs、AsI为施主、VGa是受主的观点来解释各种实验结果。 2. Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体的杂质和缺陷 Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体是典型的离子键化合物, 如：ZnO (1) Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体中的杂质 ●掺Ⅰ族：Ⅰ族→Ⅱ族，少一个电子，P型 ●掺Ⅲ族：Ⅲ族→Ⅱ族，多一个电子，N型 ●掺Ⅴ族：Ⅴ族→Ⅵ族，少一个电子，P型 ●掺Ⅶ族：Ⅶ族→Ⅵ族，多一个电子，N型 （2）Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体中的缺陷 由于Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体是电负性差别较大的元素结合成的晶体，主要是离子键起作用，正负离子相间排列组成了非常稳定的结构，所以外界杂质对它们性能的影响不显著，半导体的导电类型更主要的是由它们自身结构的缺陷（间隙离子或空格点）所决定，这类缺陷在半导体中常起施主或受主作用。 离子性晶体 四种 点缺陷 a.负离子空位（如ZnO的O空位） 电负性小 产生正电中心，起施主作用 b.正离子填隙（如ZnO中Zn填隙原子） 产生正电中心，起施主作用 c.正离子空位（如ZnO的Zn空位） 电负性大 产生负电中心，起受主作用 d.负离子填隙（如ZnO中O填隙原子） 产生负电中心，起受主作用 负离子空位 正离子填隙 产生正电中心，起施主作用 正离子空位 负离子填隙 产生负电中心，起受主作用 2.4、位错能级（主要指线缺陷） 例：Si中的60O棱位错，在位错所在的原子处仅仅与三个原子形成共价键，还有一个不饱和键，可以俘获一个电子，因而使得位错原子成为负电中心，起受主作用。但该原子失去不成对的电子后，就是施主作用了。 位错是半导体中的一种缺陷，它对材料和 器件的性能也会产生影响。目前对Si和Ge 元素半导体有一定的了解，但对其他化合物 半导体中的位错的分布和能级情况了解很少。 本章习题： Page 62, 习题 2，4，5，7 By Dr. Jun Zhu 2015-9-2 Holes in your brain are meaningless! Holes in semiconductors are useful! 举例：Si中掺硼B（Si：B） 价带空穴 电离受主 B- （1） 3、受主(acceptor)能级 Si（4价）被B（3价）所取代示意图： 受主杂质 能 级 图： 负电中心 空穴 EC Eg EV EA △EA 受主 电 离 能： △EA=EA-EV 电离的结果：价带中的空穴数增加了，这即是掺受主的意义所在。 受主杂质：束缚在杂质能级上的空穴被激发 到价带Ev成为价带空穴，该杂质电离后成为负电 中心（负离子）。这种杂质称为受主杂质。 Si、Ge中Ⅲ族杂质的电离能△EA（eV）实验值 晶体 杂 质 B Al Ga In Si 0.045