半导体物理学第二章
合集下载
相关主题
- 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)。
– 间隙式杂质原子一般比较小，如Si、Ge、 GaAs材料中的离子锂（0.068nm）。
• 杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处， 该杂质称为替位式杂质。
– 替位式杂质原子的大小和价电子壳层结构 要求与被取代的晶格原子相近。如Ⅲ、Ⅴ 族元素在Si、Ge晶体中都为替位式杂质。
间隙式杂质、替位式杂质
• 单位体积中的杂质原子数称为杂质浓度
半导体的掺杂
受主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴， 并成为带负电的离子。如Si中的B
B
P型半导体
EA
受主能级
EC
EA EV
半导体的掺杂
• Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中分别为受
主和施主杂质，它们在禁带中引入了能
级；受主能级比价带顶高
E
，施主能级
A
比导带底低 E D，均为浅能级，这两种
大，为热缺陷，它们不断产生和复合，直至 达到动态平衡，总是同时存在的。 • 空位表现为受主作用；间隙原子表现为施主 作用
点缺陷
• 替位原子（化合物半导体）
位错
• 位错是半导体中的一种缺陷，它严重影 响材料和器件的性能。
位错
施主情况
受主情况
2 位错
• 最著名的位错是刃位错或称棱位错，从原子排列的状况 看如同垂直于滑移面插进了一层原子
• 设形成每个空位的能量为u，则n个空位的能级 为U=nu。 计算得到n=Nexp[-u/kT]
• 因此，产生肖特基缺陷与温度T和能量u有关。是晶体处于 热稳定性的基本要求。
另外两种点缺陷为替位原子和色心。
点缺陷
• 弗仓克耳缺陷
– 间隙原子和空位成对出现
• 肖特基缺陷
– 只存在空位而无间隙原子 • 间隙原子和空位这两种点缺陷受温度影响较
• 价电子束缚在正电中心P+周围，此价电子很容易挣脱束缚， 成为导电电子在晶格中运动，因磷离子为不动的正电荷中 心，基本不参与导电。这种电子脱离杂质束缚的过程称为 “杂质电离”。电子脱离束缚所需要的能量为“杂质电离 能ED”。
• V族杂质能够施放(提供)导带电子被称为“施主杂质”或n 型杂质。将施主束缚电子的能量状态称为“施主能级”记 为ED。施主能级离导带底Ec的距离为ED。
r相对介电常数
5 杂质的补偿作用
• 同时掺入P型和n型两种杂质，它们会相互抵消。 • 若ND>NA,则为n型半导体，n= ND-NA ； • 反之为P型，p= NA-ND。 • 其净杂质浓度称之为“有效杂质浓度”。 • 值得注意的是，当两种杂质的含量均较高且浓度基本相同
时，材料容易被误认为是“高纯半导体”，实际上，过多 的杂质含量会使半导体的性能变差，不能用于制造器件。
该陷阱俘获载流子后，又能俘获相反符号的电荷，形成“束缚激子”。 这种束缚激子在间接带隙半导体制成了发光器件中起主要作用。
• IV族元素碳、硅、锗等掺入III-V族化合物中，若取代III族 元素起施主作用；若取代V族元素起受主作用。总效果是 施主还是受主与掺杂条件有关。
例如，硅在砷化镓中引入一个浅的施主能级，即硅起施 主作用，向导带提供电子。当硅杂质浓度达到一定程度 后，导带电子浓度趋向饱和，杂质的有效浓度反而降低。
（）
2、受主杂质向价带提供空穴成为正电中心。（ ）
3、杂质处于两种状态：（ ）和（
）。
4、空位表现为（ 用。
）作用，间隙原子表现为（
）作
5、以Si在GaAs中的行为为例，说明Ⅳ族杂质在Ⅲ—Ⅴ化合 物中可能出现的双性行为。
与理想情况的偏离的原因
• 理论分析认为，杂质和缺陷的存在使得 原本周期性排列的原子所产生的周期性 势场受到破坏，并在禁带中引入了能级， 允许电子在禁带中存在，从而使半导体 的性质发生改变。
第2章 半导体中杂质和缺陷能级
• 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 2.3 氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级
• 硼的能级距价带能级顶部很近，容易得到电子。 • 负电中心B-不能移动；而价带顶的空穴易于被周围电子
填充，形成空穴的移动，即“导电空穴”。 • 这种能够接受电子的杂质称之为“受主杂质”，或P型杂
质。 • 受主杂质获得电子的过程称之为“受主电离”； • 受主束缚电子的能量状态称之为“受主能级EA”； • 受主能级比价带顶EV高“电离能EA” 。
练习
1、实际情况下k空间的等能面与理想情况下的等 能面分别是如何形状的？它们之间有差别的原因？ 2、实际情况的半导体材料与理想的半导体材料有 何不同？ 3、杂质和缺陷是如何影响半导体的特性的？
2施主杂质、施主能级
• 在纯硅中掺入5价的磷P，磷的5个价电子中的4个形成了 共价鍵，剩余一个价电子+多余一个正电荷中心P+。
Ε点原子一与周围形成了3个共价键。 当原子E失去电子时，相当于施主，变为正电中心； 当原子Ε俘获电子时，相当于受主，变为负电中心。
• 在位错周围有(上)和收缩区(下) • 压缩区禁带宽度变大，压缩区变小，可用公式：
Eg (cv)VV
压缩 V<0
作业：P48页 第7,8题。
练习
1、Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中为深能级杂质。
杂质含量：用杂质浓度表示，单位 cm-3。
硅、锗晶体中的杂质能级
例：如图所示为一晶格常数为a的Si晶胞，求：
（a）Si原子半径
（b）晶胞中所有Si原子占据晶胞的百分比
解：（a）
r1(1 3a) 3a
24
8
（b）
84r3
3
3 0.34
a3
16
间隙式杂质、替位式杂质
• 杂质原子位于晶格原子间的间隙位置， 该杂质称为间隙式杂质。
为“浅能级杂质”，在室温几乎全部电离。 • 杂质能级用短线表示，因杂质浓度与硅相比很低，杂质原
子相互之间几乎无作用，杂质能级相同，量子的排斥原理 对低浓度的杂质掺杂不起作用。
4浅能级杂质电离能的简单计算
• 使用类氢模型计算：
EDm m0n*Er02,
EAm m0*pEr02
E0=13.6eV(氢基态)， m0电子惯性质量，
• III-V族化合物是两种元素1:1构成的物质。杂质进入后，可以成为间隙 或替位式杂质。
• 当III族杂质和V族杂质掺入III-V族化合物中时，实验中测不到杂质的影 响，因为它们没有在禁带中引入能级。
• 但有些V族元素的取代会产生能级，此能级为等电子能级，效应称之 为“等电子杂质效应”：
杂质电子与基质原子的价电子数量相等。替代格点原子后，仍为电 中性。但是，原子序数不同导致了原子的“共价半径”和“电负性” 不同，即对电子的束缚能力不同于格点原子，能俘获电荷成为带电中 心，形成电子陷阱或正电荷陷阱。
• 结论：掺磷(5价)，施主，电子导电，n型半导体。
半导体的掺杂
施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子， 并成为带正电的离子。如Si中的P 和As
ED
As
N型半导体
施主能级
EC ED
EV
3 受主杂质 受主能级
• 在硅中掺入3价的硼B，硼原子有3个价电子，与周围四个 硅原子形成共价鍵，缺少一个电子，必须从周围获得一 个电子，成为负电中心B-。
总之，硅掺入砷化镓不仅能取代III族的镓起施主作用， 而且还能取代V族的砷起受主的作用。其施主能级为Εc0.002eV，受主能级为ΕV+0.03eV。
第2章 半导体中杂质和缺陷能级
• 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 2.3 氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级
• 2.4 缺陷、位错能级
• 杂质的高度补偿（ NA ND ）
ND NA
• 半导体中同时存在施主和受主杂质， 且 ND NA。
N型半导体
N型半导体
NA ND
• 半导体中同时存在施主和受主杂质， 且 NA ND。
P型半导体
P型半导体
百度文库
电离能的大小：
• 硅中掺磷为0.044，掺硼为0.045(eV)。 • 锗中掺磷为0.0126，掺硼为0.01(eV)。 • 这种电离能很小，杂质可以在很低的温度下电离。故称之
主要讨论杂质和缺陷：
杂质的影响：105个硅原子中有一个杂质硼原子，室温电 导率增加103个数量级。 缺陷的影响：硅平面器件要求位错密度控制在103cm2以下。 原因1.破坏了周期性势场； 2.在禁带中引入了杂质能级。
与理想情况的偏离的影响
• 极微量的杂质和缺陷，会对半导体材料 的物理性质和化学性质产生决定性的影 响，同时也严重影响半导体器件的质量。 – 1个B原子/ 1 0 5 个Si原子 在室温下电导率提高1 0 3 倍 – Si单晶位错密度要求低于 103cm2
2.4缺陷、位错能级
1点缺陷 因温度导致了原子的热振动，造成了原子离开原有位置，
形成空位，即晶格中出现了缺陷，称之为点缺陷或热缺 陷。
• 这种缺陷主要有两种表现形式：肖特基缺陷或弗仑克尔 缺陷。当原子脱离晶格到达表面时，为肖特基缺陷或空 位缺陷；而当原子进入间隙位置时，为弗仑克尔缺陷或 间隙缺陷。
6 深能级杂质
• 重金属元素掺入半导体中会引入深能级。
“+”或“-”号分别表示该能级是施主或受主能级 一个深能级杂质能产生多个杂质能级。如I族的 铜、银、金能产生三个受主能级；II族元素锌、 镉、汞在硅、锗中各产生两个受主能级。
其原因是什么呢？
金在锗中的多能级
• 金 是1价元素，中性的金有一个价电子。在锗中，金的价 电子若电离跃入导带，则成为施主。然而，此价电子被多 个共价键束缚，电离能很大，故为“深施主”。另一方面， 金比锗少三个电子。锗的整体结构要求每个原子为四价， 因此，金有可能接受三个电子，形成EA1、 EA2、EA3三个 受主能级。当金接受了一个电子后，成为Au-，再接受一个 电子将受到负电中心的排斥作用，难度更大。因而受主能 级EA2将更大。 EA3最大，能级最深，非常靠近导带。如图 2-10。
• 2.4 缺陷、位错能级
2.1硅、锗晶体中的杂质能级
• 1.替位式杂质 间隙式杂质
• 杂质来源：原料、工艺、人为掺入。
杂质存在位置：金刚石晶体中，原子占全部的34%，空隙占66%。 空隙---间隙位置，如金刚石原胞中央的位置T和三个面心、三个体
心原子的中央H。 存在方式：间隙式杂质，间隙原子存在于间隙位置(小原子) 替位式杂质，杂质原子替换晶体原子(人为掺入)，原子大小相近。
半导体物理学
一．半导体中的电子状态 二．半导体中杂质和缺陷能级 三．半导体中载流子的统计分布 四．半导体的导电性 五．非平衡载流子 六．pn结 七．金属和半导体的接触 八．半导体表面与MIS结构
第二章半导体中杂质和缺陷能级
• 半导体偏离理想的情况：
1)晶格原子在平衡位置附近振动，不静止在格点上 2)材料含杂质，不纯净 3)晶格中存在缺陷(点缺陷（空位、间隙原子）线缺陷（位错）面缺陷（层错）)
• 含量很少。作用是捕获电子，即电子陷阱。由于它能够消 除积累的空间电荷，减少电容，故可提高器件速度。
第2章 半导体中杂质和缺陷能级
• 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 2.3 氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级
• 2.4 缺陷、位错能级
2.2 III – V 族化合物中的杂质能级
杂质称为浅能级杂质。
• 杂质处于两种状态：中性态和离化态。 当处于离化态时，施主杂质向导带提供 电子成为正电中心；受主杂质向价带提 供空穴成为负电中心。
杂质的补偿作用
• 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型由杂质的 浓度差决定
• 半导体中净杂质浓度称为有效杂质 浓度（有效施主浓度；有效受主浓 度）
空位缺陷的最近邻有四个原子，每个原子有一个不成对 的电子，为不饱和的共价键，有接受电子的倾向，表现 出受主的作用。反之，间隙缺陷有四个可以失去的价电 子，表现为施主。
热缺陷产生的原因
• 系统的热平衡取决于自由能 F= U-TS。而S=klnW，设 熵是由组态变化引起。在N个原子的晶体中，有n个空位， 则排列方式为W=(N+n)!/N!n!种。
• 杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处， 该杂质称为替位式杂质。
– 替位式杂质原子的大小和价电子壳层结构 要求与被取代的晶格原子相近。如Ⅲ、Ⅴ 族元素在Si、Ge晶体中都为替位式杂质。
间隙式杂质、替位式杂质
• 单位体积中的杂质原子数称为杂质浓度
半导体的掺杂
受主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴， 并成为带负电的离子。如Si中的B
B
P型半导体
EA
受主能级
EC
EA EV
半导体的掺杂
• Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中分别为受
主和施主杂质，它们在禁带中引入了能
级；受主能级比价带顶高
E
，施主能级
A
比导带底低 E D，均为浅能级，这两种
大，为热缺陷，它们不断产生和复合，直至 达到动态平衡，总是同时存在的。 • 空位表现为受主作用；间隙原子表现为施主 作用
点缺陷
• 替位原子（化合物半导体）
位错
• 位错是半导体中的一种缺陷，它严重影 响材料和器件的性能。
位错
施主情况
受主情况
2 位错
• 最著名的位错是刃位错或称棱位错，从原子排列的状况 看如同垂直于滑移面插进了一层原子
• 设形成每个空位的能量为u，则n个空位的能级 为U=nu。 计算得到n=Nexp[-u/kT]
• 因此，产生肖特基缺陷与温度T和能量u有关。是晶体处于 热稳定性的基本要求。
另外两种点缺陷为替位原子和色心。
点缺陷
• 弗仓克耳缺陷
– 间隙原子和空位成对出现
• 肖特基缺陷
– 只存在空位而无间隙原子 • 间隙原子和空位这两种点缺陷受温度影响较
• 价电子束缚在正电中心P+周围，此价电子很容易挣脱束缚， 成为导电电子在晶格中运动，因磷离子为不动的正电荷中 心，基本不参与导电。这种电子脱离杂质束缚的过程称为 “杂质电离”。电子脱离束缚所需要的能量为“杂质电离 能ED”。
• V族杂质能够施放(提供)导带电子被称为“施主杂质”或n 型杂质。将施主束缚电子的能量状态称为“施主能级”记 为ED。施主能级离导带底Ec的距离为ED。
r相对介电常数
5 杂质的补偿作用
• 同时掺入P型和n型两种杂质，它们会相互抵消。 • 若ND>NA,则为n型半导体，n= ND-NA ； • 反之为P型，p= NA-ND。 • 其净杂质浓度称之为“有效杂质浓度”。 • 值得注意的是，当两种杂质的含量均较高且浓度基本相同
时，材料容易被误认为是“高纯半导体”，实际上，过多 的杂质含量会使半导体的性能变差，不能用于制造器件。
该陷阱俘获载流子后，又能俘获相反符号的电荷，形成“束缚激子”。 这种束缚激子在间接带隙半导体制成了发光器件中起主要作用。
• IV族元素碳、硅、锗等掺入III-V族化合物中，若取代III族 元素起施主作用；若取代V族元素起受主作用。总效果是 施主还是受主与掺杂条件有关。
例如，硅在砷化镓中引入一个浅的施主能级，即硅起施 主作用，向导带提供电子。当硅杂质浓度达到一定程度 后，导带电子浓度趋向饱和，杂质的有效浓度反而降低。
（）
2、受主杂质向价带提供空穴成为正电中心。（ ）
3、杂质处于两种状态：（ ）和（
）。
4、空位表现为（ 用。
）作用，间隙原子表现为（
）作
5、以Si在GaAs中的行为为例，说明Ⅳ族杂质在Ⅲ—Ⅴ化合 物中可能出现的双性行为。
与理想情况的偏离的原因
• 理论分析认为，杂质和缺陷的存在使得 原本周期性排列的原子所产生的周期性 势场受到破坏，并在禁带中引入了能级， 允许电子在禁带中存在，从而使半导体 的性质发生改变。
第2章 半导体中杂质和缺陷能级
• 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 2.3 氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级
• 硼的能级距价带能级顶部很近，容易得到电子。 • 负电中心B-不能移动；而价带顶的空穴易于被周围电子
填充，形成空穴的移动，即“导电空穴”。 • 这种能够接受电子的杂质称之为“受主杂质”，或P型杂
质。 • 受主杂质获得电子的过程称之为“受主电离”； • 受主束缚电子的能量状态称之为“受主能级EA”； • 受主能级比价带顶EV高“电离能EA” 。
练习
1、实际情况下k空间的等能面与理想情况下的等 能面分别是如何形状的？它们之间有差别的原因？ 2、实际情况的半导体材料与理想的半导体材料有 何不同？ 3、杂质和缺陷是如何影响半导体的特性的？
2施主杂质、施主能级
• 在纯硅中掺入5价的磷P，磷的5个价电子中的4个形成了 共价鍵，剩余一个价电子+多余一个正电荷中心P+。
Ε点原子一与周围形成了3个共价键。 当原子E失去电子时，相当于施主，变为正电中心； 当原子Ε俘获电子时，相当于受主，变为负电中心。
• 在位错周围有(上)和收缩区(下) • 压缩区禁带宽度变大，压缩区变小，可用公式：
Eg (cv)VV
压缩 V<0
作业：P48页 第7,8题。
练习
1、Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中为深能级杂质。
杂质含量：用杂质浓度表示，单位 cm-3。
硅、锗晶体中的杂质能级
例：如图所示为一晶格常数为a的Si晶胞，求：
（a）Si原子半径
（b）晶胞中所有Si原子占据晶胞的百分比
解：（a）
r1(1 3a) 3a
24
8
（b）
84r3
3
3 0.34
a3
16
间隙式杂质、替位式杂质
• 杂质原子位于晶格原子间的间隙位置， 该杂质称为间隙式杂质。
为“浅能级杂质”，在室温几乎全部电离。 • 杂质能级用短线表示，因杂质浓度与硅相比很低，杂质原
子相互之间几乎无作用，杂质能级相同，量子的排斥原理 对低浓度的杂质掺杂不起作用。
4浅能级杂质电离能的简单计算
• 使用类氢模型计算：
EDm m0n*Er02,
EAm m0*pEr02
E0=13.6eV(氢基态)， m0电子惯性质量，
• III-V族化合物是两种元素1:1构成的物质。杂质进入后，可以成为间隙 或替位式杂质。
• 当III族杂质和V族杂质掺入III-V族化合物中时，实验中测不到杂质的影 响，因为它们没有在禁带中引入能级。
• 但有些V族元素的取代会产生能级，此能级为等电子能级，效应称之 为“等电子杂质效应”：
杂质电子与基质原子的价电子数量相等。替代格点原子后，仍为电 中性。但是，原子序数不同导致了原子的“共价半径”和“电负性” 不同，即对电子的束缚能力不同于格点原子，能俘获电荷成为带电中 心，形成电子陷阱或正电荷陷阱。
• 结论：掺磷(5价)，施主，电子导电，n型半导体。
半导体的掺杂
施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子， 并成为带正电的离子。如Si中的P 和As
ED
As
N型半导体
施主能级
EC ED
EV
3 受主杂质 受主能级
• 在硅中掺入3价的硼B，硼原子有3个价电子，与周围四个 硅原子形成共价鍵，缺少一个电子，必须从周围获得一 个电子，成为负电中心B-。
总之，硅掺入砷化镓不仅能取代III族的镓起施主作用， 而且还能取代V族的砷起受主的作用。其施主能级为Εc0.002eV，受主能级为ΕV+0.03eV。
第2章 半导体中杂质和缺陷能级
• 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 2.3 氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级
• 2.4 缺陷、位错能级
• 杂质的高度补偿（ NA ND ）
ND NA
• 半导体中同时存在施主和受主杂质， 且 ND NA。
N型半导体
N型半导体
NA ND
• 半导体中同时存在施主和受主杂质， 且 NA ND。
P型半导体
P型半导体
百度文库
电离能的大小：
• 硅中掺磷为0.044，掺硼为0.045(eV)。 • 锗中掺磷为0.0126，掺硼为0.01(eV)。 • 这种电离能很小，杂质可以在很低的温度下电离。故称之
主要讨论杂质和缺陷：
杂质的影响：105个硅原子中有一个杂质硼原子，室温电 导率增加103个数量级。 缺陷的影响：硅平面器件要求位错密度控制在103cm2以下。 原因1.破坏了周期性势场； 2.在禁带中引入了杂质能级。
与理想情况的偏离的影响
• 极微量的杂质和缺陷，会对半导体材料 的物理性质和化学性质产生决定性的影 响，同时也严重影响半导体器件的质量。 – 1个B原子/ 1 0 5 个Si原子 在室温下电导率提高1 0 3 倍 – Si单晶位错密度要求低于 103cm2
2.4缺陷、位错能级
1点缺陷 因温度导致了原子的热振动，造成了原子离开原有位置，
形成空位，即晶格中出现了缺陷，称之为点缺陷或热缺 陷。
• 这种缺陷主要有两种表现形式：肖特基缺陷或弗仑克尔 缺陷。当原子脱离晶格到达表面时，为肖特基缺陷或空 位缺陷；而当原子进入间隙位置时，为弗仑克尔缺陷或 间隙缺陷。
6 深能级杂质
• 重金属元素掺入半导体中会引入深能级。
“+”或“-”号分别表示该能级是施主或受主能级 一个深能级杂质能产生多个杂质能级。如I族的 铜、银、金能产生三个受主能级；II族元素锌、 镉、汞在硅、锗中各产生两个受主能级。
其原因是什么呢？
金在锗中的多能级
• 金 是1价元素，中性的金有一个价电子。在锗中，金的价 电子若电离跃入导带，则成为施主。然而，此价电子被多 个共价键束缚，电离能很大，故为“深施主”。另一方面， 金比锗少三个电子。锗的整体结构要求每个原子为四价， 因此，金有可能接受三个电子，形成EA1、 EA2、EA3三个 受主能级。当金接受了一个电子后，成为Au-，再接受一个 电子将受到负电中心的排斥作用，难度更大。因而受主能 级EA2将更大。 EA3最大，能级最深，非常靠近导带。如图 2-10。
• 2.4 缺陷、位错能级
2.1硅、锗晶体中的杂质能级
• 1.替位式杂质 间隙式杂质
• 杂质来源：原料、工艺、人为掺入。
杂质存在位置：金刚石晶体中，原子占全部的34%，空隙占66%。 空隙---间隙位置，如金刚石原胞中央的位置T和三个面心、三个体
心原子的中央H。 存在方式：间隙式杂质，间隙原子存在于间隙位置(小原子) 替位式杂质，杂质原子替换晶体原子(人为掺入)，原子大小相近。
半导体物理学
一．半导体中的电子状态 二．半导体中杂质和缺陷能级 三．半导体中载流子的统计分布 四．半导体的导电性 五．非平衡载流子 六．pn结 七．金属和半导体的接触 八．半导体表面与MIS结构
第二章半导体中杂质和缺陷能级
• 半导体偏离理想的情况：
1)晶格原子在平衡位置附近振动，不静止在格点上 2)材料含杂质，不纯净 3)晶格中存在缺陷(点缺陷（空位、间隙原子）线缺陷（位错）面缺陷（层错）)
• 含量很少。作用是捕获电子，即电子陷阱。由于它能够消 除积累的空间电荷，减少电容，故可提高器件速度。
第2章 半导体中杂质和缺陷能级
• 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 2.3 氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级
• 2.4 缺陷、位错能级
2.2 III – V 族化合物中的杂质能级
杂质称为浅能级杂质。
• 杂质处于两种状态：中性态和离化态。 当处于离化态时，施主杂质向导带提供 电子成为正电中心；受主杂质向价带提 供空穴成为负电中心。
杂质的补偿作用
• 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型由杂质的 浓度差决定
• 半导体中净杂质浓度称为有效杂质 浓度（有效施主浓度；有效受主浓 度）
空位缺陷的最近邻有四个原子，每个原子有一个不成对 的电子，为不饱和的共价键，有接受电子的倾向，表现 出受主的作用。反之，间隙缺陷有四个可以失去的价电 子，表现为施主。
热缺陷产生的原因
• 系统的热平衡取决于自由能 F= U-TS。而S=klnW，设 熵是由组态变化引起。在N个原子的晶体中，有n个空位， 则排列方式为W=(N+n)!/N!n!种。