半导体物理学-半导体中杂质和缺陷能级模板
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称电子为多数载流子，简称多子，空穴为少 数载流子，简称少子。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.3 受主杂质 受主能级
Si
+
Si
Si
Si
B-
Si
Si
Si
Si
受 主 掺 杂（掺硼）
硼原子接受一个电子后， 成为带负电的硼离子， 称为负电中心（B- ） 。 带负电的硼离子和带正 电的空穴间有静电引力 作用，这个空穴受到硼 离子的束缚，在硼离子 附近运动。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
深能级杂质产生多次电离：
3）III族元素硼、铝、镓、铟、铊在锗和硅中各产生1个 浅受主能级，而铝在硅中，还能产生1个施主能级。
4）IV族元素碳在硅中产生1个施主能级，而锡和铅在硅 中产生1个施主能级和1个受主能级。
5）V族元素磷、砷、锑在硅和锗中各产生一个浅施主 能级。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.2 施主杂质、施主能级 多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱
很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导 电的自由电子，而Ⅴ族原子形成一个不能移动的 正电中心。
硅、锗中的Ⅴ族杂质，能够释放电子而产生导电 电子并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质， 掺有N型杂质的半导体叫N型半导体。施主杂质未 电离时是中性的，电离后成为正电中心。
mn* 0.12m0
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 晶体内杂质原子束缚的电子与类氢模型相比：
m0mn*, mp*; 0 r0
施主杂质的电离能： E D8m r2n *q 0 24 h2m m 0 n *E r2 01.6 3m m 0n *r2
Si: mn* 0.26m0 r 12 ED0.02e5V
例如：Si 在室温下，本征载流子 浓度为 1010/cm3，掺入 P：
P 的 浓 度 / S i 原 子 的 浓 度 = 1 0 - 6
Si的 原 子 浓 度 为 1022～ 1023/cm3
施主 P 向导带提供的载流子 =1016～1017/cm3＞＞本征载流子浓度
掺施主的半导体的导带电子数主要由施 主决定，半导体导电的载流子主要是电子 （电子数>>空穴数），对应的半导体称为N型 半导体。
Si
Si - Si
Si
P+
Si
Si
Si
磷替代硅，其效果是 形成一个正电中心P+ 和一个多余的价电子。 这个多余的价电子就 束缚在正电中心P+的 周围（弱束缚）。
Si
施 主 掺 杂（掺磷）
Si的晶格常数为 5.4Å
●Si ●P
●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●●
空穴
+4
+4
+3
+4
B-
Ⅲ族元素占据了硅原子的位置： Ⅲ族元素有3个价电子，它与周围 的四个硅原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在硅晶体的共价 键中产生了一个空穴，而Ⅲ族原子接受一个电子后所在处形成一个 负离子中心，所以，一个Ⅲ族原子取代一个硅原子，其效果是形成 一个负电中心和一个空穴
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n2
m0 r
m
* n
r0
基态下（n=1），氢原子的轨道半径： r10.05n3m
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.5 杂质的补偿作用 n 当半导体中同时存在施主和受主杂质时，半导体
是n型还是p型呢？ n 在半导体中，若同时存在着施主和受主杂质，施
受主杂质之间有互相抵消的作用，通常称为杂质 的补偿作用。一共有如下三种情况：
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 特点： 1、施主杂质能级距离导带底较远，受主杂质能级距离
价带顶较远，这种能级称为深能级，相应的杂质称 为深能级杂质。
2、深能级杂质能够产生多次电离，每次电离对应有一 个能级。有的杂质既能引入施主能级，又能引入受 主能级。
●●●●●●●●●●● ●●
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对于Si中的P原子， 剩余电子的运动
半径：r ~ 6○5 Å
对于Ge中的P 原子，r 85 Å
n 非正征半导体：半导体材料内部由于杂质或缺陷， 使得电子或空穴任意一方增加，这样的半导体叫 做掺杂半导体。
n 本征激发: T>0K时,电子从价带激发到导带,同时价
带中产生空穴. n0=p0 =ni n0 p0 =ni 2 ni ------本征载流子浓度
第二章 半导体中的杂质和缺陷能级
实际半导体与理想半导体的主要区别
EC
ED
EA EV
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2、 当NA>>ND 施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上，
受主能级上还有NA-ND个空穴，它们可接受价带 上的NA-ND个电子，在价带中形成的空穴浓度 p= NA-ND. 即有效受主浓度为NAeff≈ NA-ND
EC ED
EA EV
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n另一种方式是杂质原子取代晶格原子而位于晶格格点处，常称为替位 式杂质。替位式杂质原子通常与被取代的晶格原子大小比较接近而且电子壳层
结构也相似。
n 用单位体积中的杂质原子数，也就是杂质浓度来定量描述杂质含量多 少，杂质浓度的单位为1/cm3
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1.2 施主杂质、施主能级
实际晶体 原子在平衡位置附近振动
不纯净，含有杂质 存在点、线、面缺陷
理想晶体
原子静止在严格周期性的晶 格格点位置
纯净 晶格结构完整无缺
杂质：半导体晶格中存在的与组成半导体材料的元素不同 的其他元素的原子。
缺陷
点缺陷，如空位、间隙原子、替位原子等
线缺陷，如位错等 面缺陷，如层错、晶粒间界等
杂质和缺陷 原子的周期性势场受到破坏
多余 价电子
+4 +4
磷原子
+5 +4
n Ⅴ族元素有5个价电子，其中的四个价电子与周围 的四个硅原子形成共价键，还剩余一个电子，同 时Ⅴ族原子所在处也多余一个正电荷，称为正离 子中心，所以，一个Ⅴ族原子取代一个硅原子， 其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子。
n 电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称 为杂质电离。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
带有分立的施主能级 的能带图
施主能级电离能带图
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级ED。 n 施主能级位于离导带低很近的禁带中 n 杂质原子间的相互作用可忽略，某一种杂质的施主能级
是一些具有相同能量的孤立能级。
n 表2-1 硅、锗晶体中Ⅴ族杂质的电离能(eV)
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
深能级杂质产生多次电离：
1）I族元素铜、银、金在锗中产生3个受主能级，而金 还能产生1个施主能级；在硅中，铜产生3个受主能 级，银和金各产生1个受主能级和1个施主能级。锂 在锗和硅中是间隙式杂质，产生1个浅施主能级。
2）II族元素锌、镉、汞在锗和硅中均产生2个受主能级， 而汞在硅中还产生2个施主能级。铍在在锗中产生2 个受主能级，在硅中产生1个受主能级。镁在硅中产 生2个受主能级。
ND>>NA
NA>>ND
NA~~ND
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
1、当 ND>>NA 因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子
首先跃迁到NA个受主能级上，还有ND-NA个电子在施 主能级上，杂质全部电离时，跃迁到导带中的导电
电子的浓度为n= ND-NA。即则有效施主浓度为NDeff≈
ND-NA
施主和受主浓度：ND、NA
深能级杂质和浅能级杂质
• 浅能级杂质：引入能级接近导带底Ec的施主 杂质或引入能级接近价带顶Ev的受主杂质。 其作用是改变半导体导电类型和调节导电 能力，例如室温下，硅、锗中III、V族杂质 几乎全部电离。
• 深能级杂质：引入能级远离导带底Ec 的施 主杂质或引入能级远离价带顶Ev的受主杂质。 一般作为复合中心，它对载流子和导电类 型影响较小。
在禁带中引入能级
决定半导体的物理和化学性质
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1.1 替位式杂质 间隙式杂质 Si和Ge都具有金钢石结构，一个原胞含有8个原子。 原胞内8个原子的体积与立方原胞体积之比为34%，原
胞内存在66%的空隙。
金钢石晶体结构中的四面体间隙位置 内部4个原子构成T空隙
金钢石晶体结构中的六角形间隙位置 3个邻位面心+3个内部原子构成H空隙
Ge: mn* 0.12m0 r 16 ED0.00e6V 4
受主杂质的电离能 E A8m r2P *q 0 2h 42m m P * 0E r2 01.6 3m m 0P *r2
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
氢原子半径： 施主杂质半径：
r0
h2 0 q 2m0
r
h2 0 r
q
2
m
* n
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
深能级杂质产生多次电离：
6）VI族元素硫、硒、碲在锗中产生2个施主能级，在硅 中，硫产生2个施主能级、1个受主能级；碲产生2个 施主能级；而硒产生3个施主能级。氧在硅中产生3 个施主能级，还能产生2个受主能级。
n 2.1.3受主杂质、受主能级
n 空穴束缚在Ⅲ族原子附近，但这种束缚很弱 n 很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的
导电空穴，而Ⅲ族原子形成一个不能移动的负电中心。 n 硅、锗中的Ⅲ族杂质，能够接受电子而在价带中产生空穴，
并形成负电中心的杂质，称为受主杂质或P型杂质，掺有P 型 杂质的半导体叫P型半导体。受主杂质未电离时是中性的，电 离后成为负电中心。
半导体物理学-半导体中杂质和 缺陷能级模板
第二章 半导体中的杂质和缺陷能级
n 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 n 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的杂质能级 n 2.3 缺陷和位错的能级
第二章 半导体中的杂质和缺陷能级
n 本征半导体：是指没有杂质和缺陷的半导体，其 内部的电子和空穴成对出现，叫做本征半导体。
掺受主的半导体的价带空穴数由受主 决定，半导体导电的载流子主要是空穴 （空穴数>>电子数），对应的半导体称 为P型半导体。
空穴为多子，电子为少子。
总结
施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的电子，并成为带正电的离子。如 Si中掺的P 和As
受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如 Si中掺的B
总结
E0EE11.6 3eV
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.4 浅能级杂质电离能的简单计算
采用类氢原子模型估算施主和受主杂质的电离能
氢原子中电子的能量：En
m0q4
802h2n2
n=1时,基态电子能量
ห้องสมุดไป่ตู้E1
m0q4
802h2
13.6eV
n=时，氢原子电离 E=0
氢原子的电离能 E0EE11.6 3eV
硼
磷
N
P
n型Si外延层 N
N
晶体管制造过程中的杂质补偿
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.6 深能级杂质
在半导体硅、锗中，除Ⅲ、Ⅴ族杂质在禁带中形 成浅能级外，其它各族元素掺入硅、锗中也会在 禁带中产生能级。这些能级通常是远离导帯底的 深施主能级和远离价带顶的深受主能级，见下图， 图中“+”表示引入施主能级、“-”表示引入受 主能级。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si P Si Si Si Si Si Si
n杂质原子进入半导体硅后，只 可能以两种方式存在。
n一种方式是杂质原子位于晶格 原子间的间隙位置，常称为间 隙式杂质；间隙式杂质原子一 般较小，如离子锂（Li+）。 Si：r=0.117nm Li+:r=0.068nm; P:r=0.11nm
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
带有分立的受主能级 的能带图
受主能级电离能带图
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
• 被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA。 • 施主能级位于离价带顶很近的禁带中 • 杂质原子间的相互作用可忽略，某一种杂质的受主能级
是一些具有相同能量的孤立能级。
• 表2-2 硅、锗晶体中III族杂质的电离能(eV)
3、当NAND时， 不能向导带和价带提供电子和空穴，称为杂 质的高度补偿。 这种材料容易被误认高纯半导体，实际上含 杂质很多，性能很差， 不能用来制造半导体 器件。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
杂质补偿作用是制造各种半导体器件的基础。
如能根据需要用扩散或离子注人方法来改变半导
体中某一区域的导电类型，以制成各种器件.
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.3 受主杂质 受主能级
Si
+
Si
Si
Si
B-
Si
Si
Si
Si
受 主 掺 杂（掺硼）
硼原子接受一个电子后， 成为带负电的硼离子， 称为负电中心（B- ） 。 带负电的硼离子和带正 电的空穴间有静电引力 作用，这个空穴受到硼 离子的束缚，在硼离子 附近运动。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
深能级杂质产生多次电离：
3）III族元素硼、铝、镓、铟、铊在锗和硅中各产生1个 浅受主能级，而铝在硅中，还能产生1个施主能级。
4）IV族元素碳在硅中产生1个施主能级，而锡和铅在硅 中产生1个施主能级和1个受主能级。
5）V族元素磷、砷、锑在硅和锗中各产生一个浅施主 能级。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.2 施主杂质、施主能级 多余的电子束缚在正电中心，但这种束缚很弱
很小的能量就可使电子摆脱束缚，成为在晶格中导 电的自由电子，而Ⅴ族原子形成一个不能移动的 正电中心。
硅、锗中的Ⅴ族杂质，能够释放电子而产生导电 电子并形成正电中心，称为施主杂质或N型杂质， 掺有N型杂质的半导体叫N型半导体。施主杂质未 电离时是中性的，电离后成为正电中心。
mn* 0.12m0
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 晶体内杂质原子束缚的电子与类氢模型相比：
m0mn*, mp*; 0 r0
施主杂质的电离能： E D8m r2n *q 0 24 h2m m 0 n *E r2 01.6 3m m 0n *r2
Si: mn* 0.26m0 r 12 ED0.02e5V
例如：Si 在室温下，本征载流子 浓度为 1010/cm3，掺入 P：
P 的 浓 度 / S i 原 子 的 浓 度 = 1 0 - 6
Si的 原 子 浓 度 为 1022～ 1023/cm3
施主 P 向导带提供的载流子 =1016～1017/cm3＞＞本征载流子浓度
掺施主的半导体的导带电子数主要由施 主决定，半导体导电的载流子主要是电子 （电子数>>空穴数），对应的半导体称为N型 半导体。
Si
Si - Si
Si
P+
Si
Si
Si
磷替代硅，其效果是 形成一个正电中心P+ 和一个多余的价电子。 这个多余的价电子就 束缚在正电中心P+的 周围（弱束缚）。
Si
施 主 掺 杂（掺磷）
Si的晶格常数为 5.4Å
●Si ●P
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空穴
+4
+4
+3
+4
B-
Ⅲ族元素占据了硅原子的位置： Ⅲ族元素有3个价电子，它与周围 的四个硅原子形成共价键，还缺少一个电子，于是在硅晶体的共价 键中产生了一个空穴，而Ⅲ族原子接受一个电子后所在处形成一个 负离子中心，所以，一个Ⅲ族原子取代一个硅原子，其效果是形成 一个负电中心和一个空穴
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n2
m0 r
m
* n
r0
基态下（n=1），氢原子的轨道半径： r10.05n3m
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.5 杂质的补偿作用 n 当半导体中同时存在施主和受主杂质时，半导体
是n型还是p型呢？ n 在半导体中，若同时存在着施主和受主杂质，施
受主杂质之间有互相抵消的作用，通常称为杂质 的补偿作用。一共有如下三种情况：
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 特点： 1、施主杂质能级距离导带底较远，受主杂质能级距离
价带顶较远，这种能级称为深能级，相应的杂质称 为深能级杂质。
2、深能级杂质能够产生多次电离，每次电离对应有一 个能级。有的杂质既能引入施主能级，又能引入受 主能级。
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对于Si中的P原子， 剩余电子的运动
半径：r ~ 6○5 Å
对于Ge中的P 原子，r 85 Å
n 非正征半导体：半导体材料内部由于杂质或缺陷， 使得电子或空穴任意一方增加，这样的半导体叫 做掺杂半导体。
n 本征激发: T>0K时,电子从价带激发到导带,同时价
带中产生空穴. n0=p0 =ni n0 p0 =ni 2 ni ------本征载流子浓度
第二章 半导体中的杂质和缺陷能级
实际半导体与理想半导体的主要区别
EC
ED
EA EV
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2、 当NA>>ND 施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上，
受主能级上还有NA-ND个空穴，它们可接受价带 上的NA-ND个电子，在价带中形成的空穴浓度 p= NA-ND. 即有效受主浓度为NAeff≈ NA-ND
EC ED
EA EV
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n另一种方式是杂质原子取代晶格原子而位于晶格格点处，常称为替位 式杂质。替位式杂质原子通常与被取代的晶格原子大小比较接近而且电子壳层
结构也相似。
n 用单位体积中的杂质原子数，也就是杂质浓度来定量描述杂质含量多 少，杂质浓度的单位为1/cm3
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1.2 施主杂质、施主能级
实际晶体 原子在平衡位置附近振动
不纯净，含有杂质 存在点、线、面缺陷
理想晶体
原子静止在严格周期性的晶 格格点位置
纯净 晶格结构完整无缺
杂质：半导体晶格中存在的与组成半导体材料的元素不同 的其他元素的原子。
缺陷
点缺陷，如空位、间隙原子、替位原子等
线缺陷，如位错等 面缺陷，如层错、晶粒间界等
杂质和缺陷 原子的周期性势场受到破坏
多余 价电子
+4 +4
磷原子
+5 +4
n Ⅴ族元素有5个价电子，其中的四个价电子与周围 的四个硅原子形成共价键，还剩余一个电子，同 时Ⅴ族原子所在处也多余一个正电荷，称为正离 子中心，所以，一个Ⅴ族原子取代一个硅原子， 其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子。
n 电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称 为杂质电离。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
带有分立的施主能级 的能带图
施主能级电离能带图
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级ED。 n 施主能级位于离导带低很近的禁带中 n 杂质原子间的相互作用可忽略，某一种杂质的施主能级
是一些具有相同能量的孤立能级。
n 表2-1 硅、锗晶体中Ⅴ族杂质的电离能(eV)
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
深能级杂质产生多次电离：
1）I族元素铜、银、金在锗中产生3个受主能级，而金 还能产生1个施主能级；在硅中，铜产生3个受主能 级，银和金各产生1个受主能级和1个施主能级。锂 在锗和硅中是间隙式杂质，产生1个浅施主能级。
2）II族元素锌、镉、汞在锗和硅中均产生2个受主能级， 而汞在硅中还产生2个施主能级。铍在在锗中产生2 个受主能级，在硅中产生1个受主能级。镁在硅中产 生2个受主能级。
ND>>NA
NA>>ND
NA~~ND
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
1、当 ND>>NA 因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子
首先跃迁到NA个受主能级上，还有ND-NA个电子在施 主能级上，杂质全部电离时，跃迁到导带中的导电
电子的浓度为n= ND-NA。即则有效施主浓度为NDeff≈
ND-NA
施主和受主浓度：ND、NA
深能级杂质和浅能级杂质
• 浅能级杂质：引入能级接近导带底Ec的施主 杂质或引入能级接近价带顶Ev的受主杂质。 其作用是改变半导体导电类型和调节导电 能力，例如室温下，硅、锗中III、V族杂质 几乎全部电离。
• 深能级杂质：引入能级远离导带底Ec 的施 主杂质或引入能级远离价带顶Ev的受主杂质。 一般作为复合中心，它对载流子和导电类 型影响较小。
在禁带中引入能级
决定半导体的物理和化学性质
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1.1 替位式杂质 间隙式杂质 Si和Ge都具有金钢石结构，一个原胞含有8个原子。 原胞内8个原子的体积与立方原胞体积之比为34%，原
胞内存在66%的空隙。
金钢石晶体结构中的四面体间隙位置 内部4个原子构成T空隙
金钢石晶体结构中的六角形间隙位置 3个邻位面心+3个内部原子构成H空隙
Ge: mn* 0.12m0 r 16 ED0.00e6V 4
受主杂质的电离能 E A8m r2P *q 0 2h 42m m P * 0E r2 01.6 3m m 0P *r2
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
氢原子半径： 施主杂质半径：
r0
h2 0 q 2m0
r
h2 0 r
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2
m
* n
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
深能级杂质产生多次电离：
6）VI族元素硫、硒、碲在锗中产生2个施主能级，在硅 中，硫产生2个施主能级、1个受主能级；碲产生2个 施主能级；而硒产生3个施主能级。氧在硅中产生3 个施主能级，还能产生2个受主能级。
n 2.1.3受主杂质、受主能级
n 空穴束缚在Ⅲ族原子附近，但这种束缚很弱 n 很小的能量就可使空穴摆脱束缚，成为在晶格中自由运动的
导电空穴，而Ⅲ族原子形成一个不能移动的负电中心。 n 硅、锗中的Ⅲ族杂质，能够接受电子而在价带中产生空穴，
并形成负电中心的杂质，称为受主杂质或P型杂质，掺有P 型 杂质的半导体叫P型半导体。受主杂质未电离时是中性的，电 离后成为负电中心。
半导体物理学-半导体中杂质和 缺陷能级模板
第二章 半导体中的杂质和缺陷能级
n 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 n 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的杂质能级 n 2.3 缺陷和位错的能级
第二章 半导体中的杂质和缺陷能级
n 本征半导体：是指没有杂质和缺陷的半导体，其 内部的电子和空穴成对出现，叫做本征半导体。
掺受主的半导体的价带空穴数由受主 决定，半导体导电的载流子主要是空穴 （空穴数>>电子数），对应的半导体称 为P型半导体。
空穴为多子，电子为少子。
总结
施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的电子，并成为带正电的离子。如 Si中掺的P 和As
受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如 Si中掺的B
总结
E0EE11.6 3eV
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.4 浅能级杂质电离能的简单计算
采用类氢原子模型估算施主和受主杂质的电离能
氢原子中电子的能量：En
m0q4
802h2n2
n=1时,基态电子能量
ห้องสมุดไป่ตู้E1
m0q4
802h2
13.6eV
n=时，氢原子电离 E=0
氢原子的电离能 E0EE11.6 3eV
硼
磷
N
P
n型Si外延层 N
N
晶体管制造过程中的杂质补偿
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
n 2.1.6 深能级杂质
在半导体硅、锗中，除Ⅲ、Ⅴ族杂质在禁带中形 成浅能级外，其它各族元素掺入硅、锗中也会在 禁带中产生能级。这些能级通常是远离导帯底的 深施主能级和远离价带顶的深受主能级，见下图， 图中“+”表示引入施主能级、“-”表示引入受 主能级。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si P Si Si Si Si Si Si
n杂质原子进入半导体硅后，只 可能以两种方式存在。
n一种方式是杂质原子位于晶格 原子间的间隙位置，常称为间 隙式杂质；间隙式杂质原子一 般较小，如离子锂（Li+）。 Si：r=0.117nm Li+:r=0.068nm; P:r=0.11nm
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
带有分立的受主能级 的能带图
受主能级电离能带图
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
• 被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA。 • 施主能级位于离价带顶很近的禁带中 • 杂质原子间的相互作用可忽略，某一种杂质的受主能级
是一些具有相同能量的孤立能级。
• 表2-2 硅、锗晶体中III族杂质的电离能(eV)
3、当NAND时， 不能向导带和价带提供电子和空穴，称为杂 质的高度补偿。 这种材料容易被误认高纯半导体，实际上含 杂质很多，性能很差， 不能用来制造半导体 器件。
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
杂质补偿作用是制造各种半导体器件的基础。
如能根据需要用扩散或离子注人方法来改变半导
体中某一区域的导电类型，以制成各种器件.