半导体物理学刘恩科第七版第2章杂质和缺陷分解.ppt

第2章 半导体中杂质和缺陷;2.1 硅锗晶体中的杂质能级;一般的硅平面器件，要求位错密度在103cm-2以下，超过该值，将影响半导体的电导率和劣化器件的性能。;杂质原子位置区分：;替位式杂质 杂质原子的大小与晶体原子相似，价电子的壳层结构比较相近。 III、V族元素在硅、锗中均为替位式杂质。 ; 根据导电类型区分;2.1.2施主杂质 （浓度：ND）、施主能级;施主电离 V族元素在硅、锗中电离时能产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。 施主杂质未电离时是中性的，称为束缚态或中性态，电离后称为离化态。 杂质电离能：多余的价电子挣脱束缚称为导电电子所需要的能量。;Si、Ge而言，施主通常是V族元素。电离能较小，在Si中约0.04～0.05eV，Ge中约0.01eV。;2.1.3受主杂质 (浓度：NA);Si、Ge而言，施主通常是III族元素。电离能较小，在Si中约0.045～0.065eV【In是唯一例外，达0.16eV】，Ge中约0.01eV。;3、杂质的划分类型3;硅、锗中掺入V族的磷原子杂质时，磷原子周围比硅原子周围多一个束缚着的价电子。好像在硅、锗晶体中多加了一个“氢原子”。 杂质原子?氢原子 多余的价电子?氢外层电子;氢原子中的电子能量：;考虑到晶体中正、负电荷处于介电常数ε=ε0εr的介质中，且在周期势场中运动，电子的质量要用有效质量所以有;1、没反映出杂质原子的影响。 2、本身是一个近似模型。;例3 半导体硅单晶的介电常数为11.8，电子和空穴的有效质量备为mn*=0.26m0,mp*=0.30m0，利用类氢模型估计：(1). 施主和受主的电离能；(2). 基态电子轨道半径；(3). 相邻杂质原子的电子轨道将发生明显交迭时(假设基态半径发生交叠)，试估算此时施主、受主浓度的数量级(此时可认为将形成杂质能带)? ;当ND(施主杂质浓度)NA (受主杂质浓度) n(导带中电子浓度)= ND-NA ≈ ND，半导体是n型的 当NDNA时 p (价带中空穴浓度)= NA-ND ≈ NA，半导体是p型的;;2.1.6、深能级杂质; 深能级杂质特点： 1、多为替位式杂质； 2、硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带底和 价带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质； ;金是I族元素 (目前无完善的理论能够说明，只能定性) 故可失去一个电子???施主能级略高于价带顶； 也可得到三个电子，形成稳定的共价键结构。 实际中，Au在Si：一受主、一施主能级。 在Ge中：三受主，一施主能级。 ;2.2 III-V族化合物 （略）－－自习;;2.3.1点缺陷;3. 替位原子(反结构缺陷)： 对AB化合物，A取代B写为AB, 反过来，B取代A的位置为BA （小写代表位置，大写代表占据该位置的原子）。;点缺陷引入的能级类型;2.3.2位错;