第二章半导体中杂质和缺陷能级
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(1)ND＞NA
Ec ED 电离施主 电离受主
Ev
n=ND-NA 此时半导体为n型半导体
(2) ND<NA
Ec ED 电离施主
电离受主 EA Ev
p=NA- ND 此时半导体为p型半导体
(3) ND≈NA ED上的电子刚好全部填满EA上的空的状态，导带 中的电子浓度和价带中的空穴浓度没有任何变化， 即杂质的高度补偿。此时，半导体性能很差！
Ec
杂质能级
Ev
2、施主（donor) 能级： 举例：Si中掺磷P（Si：P）
导带电子
电离施主 P+
束缚在正电 中心附近的 所受到的束 缚力比共价 键弱得多！
施主杂质 能 级 图：
施主杂 电子 质原子
电离的结果：导带中的电子数增加了，这即是 掺施主杂质的意义所在。
施主杂质
束缚态：杂质未电离，中性
上述杂质的特点：
施主电离能△ED《 Eg 受主电离能 △EA《 Eg
浅能级杂质
本征半导体和非本征半导体：
电子从价带直接向导带激发，成为导带的自 由电子，这种激发称为本征激发，只有本征
激发的半导体为本征半导体。
杂质向导带和价带提供电子和空穴的过程 （电子从施主能级向导带的跃迁或空穴从受 主能级向价带的跃迁）称为杂质电离或杂质 激发。所需要的能量称为杂质的电离能。 称 具有这种导电能力的杂质半导体为非本征半 导体。
库仑排斥 （4） Au二 ；得到两个电子
电离能变大
（5） Au三；得到三个电子
对应金在锗中的四个能级，一个施主，三个受主能级
例2：Au（Ⅰ族）在Si中
EC
两个深杂质能
级，真正对少
EA
子寿命起控制 作用的是最靠
ED
近禁带中部的
受主能级0.54eV。
EV
其它两个可能的受主能级目前还没有测量到，可 能的原因是由于电离能太大，大于Eg而进入导带 或价带。
一、杂质存在的方式和缺陷类型
1、存在方式：
(1)间隙式→杂质位于组成半导体的元 素或离子的格点之间的间隙位置。
Note: 间隙式原子的半径一般比较小。
金刚石结构中，一个晶胞内的原子占晶体原胞的 34%，空隙占 66%。
Li、H 在硅、锗、砷化镓中是以间隙式杂质。
碱金属原子在半导体尤其在Si中的易扩散，引起器件 性能的恶化
如在晶体中只形成空位而无间隙原子－－肖特 基缺陷。
空位 填隙
= Si = Si =
‖
︱
= Si － 〇 －
‖
︱
= Si = Si =
‖
‖
= Si = Si =
‖
‖
= Si = Si =
‖ Si ‖
= Si = Si =
‖
‖
Si = ‖ Si = ‖ Si = ‖
Si = ‖ Si = ‖ Si = ‖
数>>空穴数），对应的半导体称为N型半导 体。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。
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。
4.杂质的补偿作用
半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和 受主之间有互相抵消的作用
(2)替位原子
化合物半导体: A、B 两种原子组成
A
B
A
B
B
A
AB
A
A
B
A
B
§2.2 Si、Ge晶体中的杂质能级
1、杂质与杂质能级
杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其
它元素。杂质出现在半导体中时，产生的附加 势场使严格的周期性势场遭到破坏，可能在禁 带中引入允许电子的能量状态（即能级）。
杂质能级位于禁带之中
所以： D ED,Si = 0.04eV , D ED,Ge = 0.064eV
Ec
ED ED EC ED
Ev
施主能级靠近导带底部
在 Si 中，掺 P： △ED=0.044ev As： △ED=0.049ev Sb： △ED=0.039ev
相当
kT=0.026eV 施主杂质的电离能小，在常温下基本上
离化态：杂质电离成为正电 中心，释放电子
施 主 电 离 能：△ED=EC-ED
△ED=EC-ED
EC ED
Eg
EV
施主杂质：束缚在杂质能级上的电子被激发
到导带Ec成为导带电子，该杂质电离后成为正电 中心（正离子）。这种杂质称为施主杂质。
Si、Ge中Ⅴ族杂质的电离能△ED（eV）
晶体
杂
质
P
As
Sb
Si 0.044 0.049 0.039 Ge 0.0126 0.0127 0.0096
空位
缺陷的出现： 线缺陷
位错
面缺陷
层错
2、和晶体基质原子不同的杂质原子的存在
杂质的出现：
无意掺杂 有意掺杂
源材料和工艺
有目的控制 材料性质
杂质和缺陷对能带结构的影响：
在半导体的禁带中引入杂质或缺陷能级 影响半导体的电、光性质。
根据杂质能级在禁带中的位 置，将杂质分为：
浅能级杂质→能级接近导 带底 Ec 或价带顶 Ev；
深能级杂质和缺陷的作用:
1) 可以成为有效复合中心，大大降低载流子的 寿命；
2) 可以成为非辐射复合中心，影响半导体的发 光效率；
3) 可以作为补偿杂质，大大提高半导体材料 的电阻率。
6. Si、Ge元素半导体中的缺陷
(空位、自间隙原子)
(1)(空1)位空位
悬挂键
= Si = Si = Si =
全部电离。
含有施主杂质的半导体，其导电的载流子主要是 电子—N型半导体，或电子型半导体。
3、受主(acceptor)能级
举例：Si中掺硼B（Si：B）
（1）
价带空穴
电离受主 B-
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
电离的结果：价带中的空穴数增加了，这即是
Ge 0.01 0.01 0.011 0.011
(2)受主电离能和受主能级
EA
mP* mo
1
r2
EH
以掺B为例：
EA
Si
0.04ev,
EA
Ge
0.01ev
Ec
EA EA EA EV
Ev
受主能级靠近价带顶部
受主能级EA特点：
受主杂质的电离能 小，在常温下基本 上为价带电离的电 子所占据（空穴由 受主能级向价带激 发）。
对于Si中的P原子，剩余电子的运动半径： r 65A
●Si ●P
●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●●
深能级杂质→能级远离导带 底 Ec 或价带顶 Ev。
本章主要内容：
1、硅、锗中的浅能级和深能级杂质以及和杂 质能级，浅能级杂质电离能的计算，并了解杂 质补偿作用。
2、III-V族化合物主要是GaAs中的杂质能级， 理解等电子陷阱、等电子络合物以及两性杂质 等概念。
本章大约需要四个学时
§2-1 半导体中的杂质和缺陷
硅、锗在T=0K 时的Eg为1.170eV和0.7437eV
Covalent Binding energy1-10 eV
How to calculate it?
浅施主杂质电离能的计算（类氢原子模型）
（1）：氢原子中的电子的运动轨道半
径为：
rH
roh2 mo q2
n2
n=1 为基态电 子的运动轨迹
例如：Si 在室温下，本征载流子
浓度为 1010/cm3，
Si 的原子浓度为 1022～1023/cm3
掺入P：
P的浓度/Si原子的浓度=10-6
施主向导带提供的载流子 =1016～1017/cm3＞＞本征载流子浓度
少量的掺杂可有效地改变和人为控制半导体 材料的导电行为
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
Chapter 2
Impurity and defect energy level in semiconductor
前言
半导体的杂质工程(doping engineering)：
在纯净的半导体中掺入一定量不同类型的杂质， 并通过对其数量和在空间的分布精确地控制，实 现对电阻率和少子寿命的有效控制，从而人为地 改变半导体的电学性质，如n型半导体和p型半导 体。
掺受主的意义所在。
EC Eg
△EA
EA EV
受主 电 离 能： △EA=EA-EV
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 0.057 0.065 0.16
电子从稳定的基态到电离态所需
要的能量就是电子的电离能△E：
E E E1
氢原子中的电子的电离能为：
EH
mo g 4
8 o 2 h2
13.6ev
施主的电离能：
设施主杂质能级为ED
施主杂质的电离能△ED=弱束缚的电子摆脱束缚 成为晶格中自由运动的 电子（导带中的电子） 所需要的能量 =EC－ED
EC △ED
ED
ED
me* g 4
8
r
2
2 o
h2
me* mo
1
r2
mo g 4
8 o 2 h2
me* mo
1
r2
EH
氢原子基态 电子的电离 能13.6eV
=Ec－ED
如对于在Si、Ge中掺P：
m* eSi
=
0.26m0 ,
m* eGe
=
0.12m0
rSi 12, rGe 16, r2 100
(2)替位式→杂质占据格点的位置，大 小接近，价电子壳层结构相近。
Si：r=0.117nm B：r=0.089nm P：r=0.11nm
硅、锗是Ⅳ 族元素，与Ⅲ 、Ⅴ族元素的情况比 较相近，它们在硅、锗晶体中都是替位式杂质。
= Si = ‖
= Si = ‖
= Si = ‖
Si
=
‖
P+ ●
=
‖
Si =
‖
︱
‖
= Si － 〇 － Si =
‖
︱
‖
= Si = Si = Si =
‖
‖
‖
不饱和共价键倾向于接受电子，所以 原子的空位起受主作用。
(2) 填隙
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
间隙原子外的价电子未成键， 故缺陷起施主作用
2.3、 化合物半导体中的杂质和缺陷
原因：杂质能级的产生－－晶体的势场的周期性 受到破坏而产生附加势场，使得电子或空穴束缚 在杂质周围，产生局域化的量子态即局域态，使 能带极值附近出现分裂能级－－杂质能级。
本征半导体（intrinsic）能带：
没有
Eg
能级
实际半导体（extrinsic）：
1、晶体中晶格位置的原子在平衡位置振动
点缺陷
Si的晶格常数为5.4Å
近自由电子
所以：
P原子中这个多余的电子的运动半径远远大 于 其余四个电子，所受到的束缚最小，极
易摆脱束缚成为自由电子。
P原子具有提供电子的能力，故称 其为施主杂质。
同理：
对于 Ge 中的 P 原子，剩余电子的运动半径：
r 85A
⑵ 施主电离能
n=1→基态，电子的能量为 E1 n=∞→电离态，电子的能量为 Eo
5、深能级杂质
Ec ED
Ev
EA
（1）浅能级杂质
△ED《Eg
△EA《Eg
Ec △E D
ED Ev
△EA EA
（2）深能级杂质
△E D≮Eg △EA≮Eg
非Ⅲ族或Ⅴ族的杂质元素在Ge、Si中所产生的 杂质能级位置靠近禁带中线Ei,即产生的施主和
受主能级距Ec或Ev较远，称为深能级杂质。
特点：深能级杂质能产生多次电离，每次电离 相应地有一个能级，所以深能级具有多重能级。 杂质即能引入施主能级，又能引入受主能级。深 能级杂质对少子寿命起有效的控制作用。
‖
Si = ‖ Si = ‖ Si = ‖
单位体积中的杂质原子数称－－杂质浓度
2、缺陷（点缺陷）的类型
⑴ 空位和填隙
在一定温度下，晶格原子在平衡位置附近振动 中，有一部分原子获得足够的能量，克服周围 原子对它的束缚而挤入晶格原子间隙，成为间 隙原子，原来的位置成为空位。它们成对出现 －－Frenkel缺陷。
原因：杂质原子的电子壳层结构、杂质原子的大 小以及杂质在半导体晶格中的位置等原因，而导 致杂质的多能级结构。
硅工艺中，常采用金Au 或铂Pt 这两种贵金属。
例1：Au（Ⅰ族）在Ge中是替位式
Au比Ge少三个价电子，共有五种可能的状态：
（1）Au+；电离能很大，价电子为共价键束缚
（2） Au0 ；中性 （3） Au一 ；得到一个电子
Si 中受正电中心 P+束缚的电子的运动轨道半 径，考虑正负电荷处在介电常数不同的介质 中以及晶格周期性势场的影响
对上述氢原子模型修正
修正
r
(r )Si oh2 me* q2
n2
( r )Si 12 me* 0.4mo
电子基态的运动半径为：
r 12oh2 1 65A 0.4mo q2
Ec ED 电离施主 电离受主
Ev
n=ND-NA 此时半导体为n型半导体
(2) ND<NA
Ec ED 电离施主
电离受主 EA Ev
p=NA- ND 此时半导体为p型半导体
(3) ND≈NA ED上的电子刚好全部填满EA上的空的状态，导带 中的电子浓度和价带中的空穴浓度没有任何变化， 即杂质的高度补偿。此时，半导体性能很差！
Ec
杂质能级
Ev
2、施主（donor) 能级： 举例：Si中掺磷P（Si：P）
导带电子
电离施主 P+
束缚在正电 中心附近的 所受到的束 缚力比共价 键弱得多！
施主杂质 能 级 图：
施主杂 电子 质原子
电离的结果：导带中的电子数增加了，这即是 掺施主杂质的意义所在。
施主杂质
束缚态：杂质未电离，中性
上述杂质的特点：
施主电离能△ED《 Eg 受主电离能 △EA《 Eg
浅能级杂质
本征半导体和非本征半导体：
电子从价带直接向导带激发，成为导带的自 由电子，这种激发称为本征激发，只有本征
激发的半导体为本征半导体。
杂质向导带和价带提供电子和空穴的过程 （电子从施主能级向导带的跃迁或空穴从受 主能级向价带的跃迁）称为杂质电离或杂质 激发。所需要的能量称为杂质的电离能。 称 具有这种导电能力的杂质半导体为非本征半 导体。
库仑排斥 （4） Au二 ；得到两个电子
电离能变大
（5） Au三；得到三个电子
对应金在锗中的四个能级，一个施主，三个受主能级
例2：Au（Ⅰ族）在Si中
EC
两个深杂质能
级，真正对少
EA
子寿命起控制 作用的是最靠
ED
近禁带中部的
受主能级0.54eV。
EV
其它两个可能的受主能级目前还没有测量到，可 能的原因是由于电离能太大，大于Eg而进入导带 或价带。
一、杂质存在的方式和缺陷类型
1、存在方式：
(1)间隙式→杂质位于组成半导体的元 素或离子的格点之间的间隙位置。
Note: 间隙式原子的半径一般比较小。
金刚石结构中，一个晶胞内的原子占晶体原胞的 34%，空隙占 66%。
Li、H 在硅、锗、砷化镓中是以间隙式杂质。
碱金属原子在半导体尤其在Si中的易扩散，引起器件 性能的恶化
如在晶体中只形成空位而无间隙原子－－肖特 基缺陷。
空位 填隙
= Si = Si =
‖
︱
= Si － 〇 －
‖
︱
= Si = Si =
‖
‖
= Si = Si =
‖
‖
= Si = Si =
‖ Si ‖
= Si = Si =
‖
‖
Si = ‖ Si = ‖ Si = ‖
Si = ‖ Si = ‖ Si = ‖
数>>空穴数），对应的半导体称为N型半导 体。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。
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。
4.杂质的补偿作用
半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和 受主之间有互相抵消的作用
(2)替位原子
化合物半导体: A、B 两种原子组成
A
B
A
B
B
A
AB
A
A
B
A
B
§2.2 Si、Ge晶体中的杂质能级
1、杂质与杂质能级
杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其
它元素。杂质出现在半导体中时，产生的附加 势场使严格的周期性势场遭到破坏，可能在禁 带中引入允许电子的能量状态（即能级）。
杂质能级位于禁带之中
所以： D ED,Si = 0.04eV , D ED,Ge = 0.064eV
Ec
ED ED EC ED
Ev
施主能级靠近导带底部
在 Si 中，掺 P： △ED=0.044ev As： △ED=0.049ev Sb： △ED=0.039ev
相当
kT=0.026eV 施主杂质的电离能小，在常温下基本上
离化态：杂质电离成为正电 中心，释放电子
施 主 电 离 能：△ED=EC-ED
△ED=EC-ED
EC ED
Eg
EV
施主杂质：束缚在杂质能级上的电子被激发
到导带Ec成为导带电子，该杂质电离后成为正电 中心（正离子）。这种杂质称为施主杂质。
Si、Ge中Ⅴ族杂质的电离能△ED（eV）
晶体
杂
质
P
As
Sb
Si 0.044 0.049 0.039 Ge 0.0126 0.0127 0.0096
空位
缺陷的出现： 线缺陷
位错
面缺陷
层错
2、和晶体基质原子不同的杂质原子的存在
杂质的出现：
无意掺杂 有意掺杂
源材料和工艺
有目的控制 材料性质
杂质和缺陷对能带结构的影响：
在半导体的禁带中引入杂质或缺陷能级 影响半导体的电、光性质。
根据杂质能级在禁带中的位 置，将杂质分为：
浅能级杂质→能级接近导 带底 Ec 或价带顶 Ev；
深能级杂质和缺陷的作用:
1) 可以成为有效复合中心，大大降低载流子的 寿命；
2) 可以成为非辐射复合中心，影响半导体的发 光效率；
3) 可以作为补偿杂质，大大提高半导体材料 的电阻率。
6. Si、Ge元素半导体中的缺陷
(空位、自间隙原子)
(1)(空1)位空位
悬挂键
= Si = Si = Si =
全部电离。
含有施主杂质的半导体，其导电的载流子主要是 电子—N型半导体，或电子型半导体。
3、受主(acceptor)能级
举例：Si中掺硼B（Si：B）
（1）
价带空穴
电离受主 B-
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
电离的结果：价带中的空穴数增加了，这即是
Ge 0.01 0.01 0.011 0.011
(2)受主电离能和受主能级
EA
mP* mo
1
r2
EH
以掺B为例：
EA
Si
0.04ev,
EA
Ge
0.01ev
Ec
EA EA EA EV
Ev
受主能级靠近价带顶部
受主能级EA特点：
受主杂质的电离能 小，在常温下基本 上为价带电离的电 子所占据（空穴由 受主能级向价带激 发）。
对于Si中的P原子，剩余电子的运动半径： r 65A
●Si ●P
●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●●
●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●● ●●●●●●●●●●● ●●
深能级杂质→能级远离导带 底 Ec 或价带顶 Ev。
本章主要内容：
1、硅、锗中的浅能级和深能级杂质以及和杂 质能级，浅能级杂质电离能的计算，并了解杂 质补偿作用。
2、III-V族化合物主要是GaAs中的杂质能级， 理解等电子陷阱、等电子络合物以及两性杂质 等概念。
本章大约需要四个学时
§2-1 半导体中的杂质和缺陷
硅、锗在T=0K 时的Eg为1.170eV和0.7437eV
Covalent Binding energy1-10 eV
How to calculate it?
浅施主杂质电离能的计算（类氢原子模型）
（1）：氢原子中的电子的运动轨道半
径为：
rH
roh2 mo q2
n2
n=1 为基态电 子的运动轨迹
例如：Si 在室温下，本征载流子
浓度为 1010/cm3，
Si 的原子浓度为 1022～1023/cm3
掺入P：
P的浓度/Si原子的浓度=10-6
施主向导带提供的载流子 =1016～1017/cm3＞＞本征载流子浓度
少量的掺杂可有效地改变和人为控制半导体 材料的导电行为
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
Chapter 2
Impurity and defect energy level in semiconductor
前言
半导体的杂质工程(doping engineering)：
在纯净的半导体中掺入一定量不同类型的杂质， 并通过对其数量和在空间的分布精确地控制，实 现对电阻率和少子寿命的有效控制，从而人为地 改变半导体的电学性质，如n型半导体和p型半导 体。
掺受主的意义所在。
EC Eg
△EA
EA EV
受主 电 离 能： △EA=EA-EV
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 0.057 0.065 0.16
电子从稳定的基态到电离态所需
要的能量就是电子的电离能△E：
E E E1
氢原子中的电子的电离能为：
EH
mo g 4
8 o 2 h2
13.6ev
施主的电离能：
设施主杂质能级为ED
施主杂质的电离能△ED=弱束缚的电子摆脱束缚 成为晶格中自由运动的 电子（导带中的电子） 所需要的能量 =EC－ED
EC △ED
ED
ED
me* g 4
8
r
2
2 o
h2
me* mo
1
r2
mo g 4
8 o 2 h2
me* mo
1
r2
EH
氢原子基态 电子的电离 能13.6eV
=Ec－ED
如对于在Si、Ge中掺P：
m* eSi
=
0.26m0 ,
m* eGe
=
0.12m0
rSi 12, rGe 16, r2 100
(2)替位式→杂质占据格点的位置，大 小接近，价电子壳层结构相近。
Si：r=0.117nm B：r=0.089nm P：r=0.11nm
硅、锗是Ⅳ 族元素，与Ⅲ 、Ⅴ族元素的情况比 较相近，它们在硅、锗晶体中都是替位式杂质。
= Si = ‖
= Si = ‖
= Si = ‖
Si
=
‖
P+ ●
=
‖
Si =
‖
︱
‖
= Si － 〇 － Si =
‖
︱
‖
= Si = Si = Si =
‖
‖
‖
不饱和共价键倾向于接受电子，所以 原子的空位起受主作用。
(2) 填隙
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
间隙原子外的价电子未成键， 故缺陷起施主作用
2.3、 化合物半导体中的杂质和缺陷
原因：杂质能级的产生－－晶体的势场的周期性 受到破坏而产生附加势场，使得电子或空穴束缚 在杂质周围，产生局域化的量子态即局域态，使 能带极值附近出现分裂能级－－杂质能级。
本征半导体（intrinsic）能带：
没有
Eg
能级
实际半导体（extrinsic）：
1、晶体中晶格位置的原子在平衡位置振动
点缺陷
Si的晶格常数为5.4Å
近自由电子
所以：
P原子中这个多余的电子的运动半径远远大 于 其余四个电子，所受到的束缚最小，极
易摆脱束缚成为自由电子。
P原子具有提供电子的能力，故称 其为施主杂质。
同理：
对于 Ge 中的 P 原子，剩余电子的运动半径：
r 85A
⑵ 施主电离能
n=1→基态，电子的能量为 E1 n=∞→电离态，电子的能量为 Eo
5、深能级杂质
Ec ED
Ev
EA
（1）浅能级杂质
△ED《Eg
△EA《Eg
Ec △E D
ED Ev
△EA EA
（2）深能级杂质
△E D≮Eg △EA≮Eg
非Ⅲ族或Ⅴ族的杂质元素在Ge、Si中所产生的 杂质能级位置靠近禁带中线Ei,即产生的施主和
受主能级距Ec或Ev较远，称为深能级杂质。
特点：深能级杂质能产生多次电离，每次电离 相应地有一个能级，所以深能级具有多重能级。 杂质即能引入施主能级，又能引入受主能级。深 能级杂质对少子寿命起有效的控制作用。
‖
Si = ‖ Si = ‖ Si = ‖
单位体积中的杂质原子数称－－杂质浓度
2、缺陷（点缺陷）的类型
⑴ 空位和填隙
在一定温度下，晶格原子在平衡位置附近振动 中，有一部分原子获得足够的能量，克服周围 原子对它的束缚而挤入晶格原子间隙，成为间 隙原子，原来的位置成为空位。它们成对出现 －－Frenkel缺陷。
原因：杂质原子的电子壳层结构、杂质原子的大 小以及杂质在半导体晶格中的位置等原因，而导 致杂质的多能级结构。
硅工艺中，常采用金Au 或铂Pt 这两种贵金属。
例1：Au（Ⅰ族）在Ge中是替位式
Au比Ge少三个价电子，共有五种可能的状态：
（1）Au+；电离能很大，价电子为共价键束缚
（2） Au0 ；中性 （3） Au一 ；得到一个电子
Si 中受正电中心 P+束缚的电子的运动轨道半 径，考虑正负电荷处在介电常数不同的介质 中以及晶格周期性势场的影响
对上述氢原子模型修正
修正
r
(r )Si oh2 me* q2
n2
( r )Si 12 me* 0.4mo
电子基态的运动半径为：
r 12oh2 1 65A 0.4mo q2