固体电子第六章.ppt

缺陷：原子排列偏离严格的周期性。 晶体中缺陷的存在，影响到晶体的许多物理性质和物理过程。 缺陷的分类 费仑克缺陷 热缺陷 肖特基缺陷 点缺陷 杂质原子 反肖特基缺陷 色心 棱位错 缺陷 线缺陷 位错 螺位错 面缺陷 层错 小角晶界 晶粒间界 体缺陷 4.1 点缺陷 一、点缺陷 点缺陷：范围在1~几个晶格常数 a 内的缺陷。 空位：振动剧烈时，原子脱离格点后，运动 到表面或间隙位置，内部留下的空格点。 间隙原子：脱离格点的原子，进入晶格间隙位 置。 4、形成能 空位形成能：原子脱离格点后运动到晶体表 面所需要的能量。 间隙原子形成能：原子脱离格点后运动到间 隙位置所需要的能量。 一般而言，空位形成能小于间隙原子形成能。 5、空位运动与复合 空位运动：空位和间隙原子是运动的，空位附近的 原子跳到空位上叫空位运动。 复合：间隙原子与空位相遇时，产生复合。 6、热缺陷数目的统计计算 空位数： 半导体中的杂质 半导体中的掺杂（极微量），对半导体的性质产生决定性的影响。 例，105个Si掺入1个B原子，电导率提高103倍。 4.4 原子的扩散及微观机制 一、扩散类型 自扩散：晶体中的自身原子的扩散。 杂质原子扩散：外来杂质原子在晶体中扩散。 二、扩散的微观机制 空位机制：空位邻近的原子有一定几率跳到空位上去，从而实现空位扩散。 r杂质原子 r晶体原子 间隙机构：原子从一个间隙位置跳到另一个 间隙位置，从而实现扩散。 r杂质原子～ r晶体原子易位机制： 杂质原子与晶体原子交换位置， 从而实现扩散。 UESTC 第四章 晶体缺陷 二、热缺陷：由于晶体中原子或离子热运动 产生的点缺陷。 1、费仑克Frenkel缺陷： 离开格点的原子全部进入间隙位置，晶体内空位与间隙原子数相等。 费仑克缺陷 2、肖特基Schottky缺陷： 离开格点的原子全部运动到表面，形成新表面，晶体内只存在空位。 新表面 3、反肖特基缺陷：晶体表面原子进入体内形 成间隙原子。 无位错单晶空位腐蚀坑 高温退火后空位腐蚀坑 空位运动 (1)肖特基缺陷数目 晶体有 N 个粒子组成，空位形成能为 u1。温度T下，空位产生和复合达到平衡，缺陷数目不变。形成 n1个空位，晶体内能的增加 N个粒子占据 N+n1个格点的组合方式（简并函数） 系统熵变 系统自由能变化 系统平衡时自由能最小 运用大数公式 同理可证明，温度为 T 时，N 个原子形成的晶体中费仑克缺陷对数目 三、色心：空位能吸收可见光使透明的晶体 出现颜色。 四、杂质原子 1、间隙式杂质原子：杂质原子的半径比晶 格原子半径小时，易形成间隙式。 2、替位式杂质原子：杂质原子的半径与晶 格原子半径相近时，易形成替位式。 r杂 r晶 r杂 r晶 间隙式 替位式 无意掺杂 源材料 工艺 控制材料性质 制成各类器件 杂质来源 有意掺杂 1、形变 弹性形变：晶体受外力较小时，形变遵从虎克定律。 范性形变：晶体受外力较大时，永久形变或断裂。 2、滑移:当晶体发