半导体中杂质和缺陷能级ppt课件

.第二章，半导体中的杂质和缺陷能级，2.1.1，杂质的类型，杂质：与半导体中存在的本体元素不同的其他元素。 半导体中的杂质的分布状况(1)置换型杂质：被置换为杂质原子的晶格原子的大小比较接近，而且其价电子层结构也比较接近(2)间隙型杂质：通常该杂质的原子半径比较小(3)杂质浓度：单位体积中的杂质原子数，例如Si中磷P(Si:P )， 2.1.2被称为施主杂质、施主能级、向施主杂质-半导体材料供给导电电子杂质、施主杂质或n型杂质，杂质离子化-价电子脱离杂质原子成为自由电子，在2.1.2施主杂质、施主能级、Si单晶中为v族施主置换杂质这2种带电状态的价键图(a ) 离子化状态(b )中性施主状态、杂质离子化能：将捕获的电子从束缚中释放，将导电电子所需要的能量ED=EC-ED、ED=EC-ED、EC、ED、EV、施主能级：施主能级电子浓度n0空穴浓度p0、 2.1.3受主杂质，受主能级，例如在Si中掺杂硼B(Si:B )，受主杂质-b在结晶中产生导电空穴，被称为受主杂质或p型杂质，杂质离子化-受主杂质接受电子，在结晶中产生空穴、Si单晶中，iii族受主取代杂质的带电状态的价键图(a )电离状态(b )中性受主状态、EA=EA-EV、空穴浓度p0电子浓度n0、受主能级：受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。 受体电离能：将捕获的天空从束缚中解放出来，流过电流所需的能量EA=EA-EV， 杂质半导体，1，n型半导体：特征： a，施主杂质电离，施主供给的电子b，电子浓度n的空穴浓度p2，p型半导体：特征： a，受主杂质电离，施主供给的空穴b，空穴浓度p的电子浓度n， 杂质能级处于禁带中，Ec杂质能级Ev是上述杂质的特征：施主电离能EDEg受主电离能EAEg、浅能级杂质、杂质的双重作用： 1、改变半导体的电阻率2、决定半导体的导电类型、即， 杂质在半导体禁带中产生能级接近，2.1.4浅能级杂质电离能的简单计算(1)使用类氢原子模型来推定浅能级杂质的电离能力，浅能级杂质=杂质离子束缚电子(空穴)，氢原子基电子的电离能力、氢原子电子满足的电子能量氢原子基能，氢原子的电离能，因此基电子的电离能：2.1.4浅能级杂质电离能的简单计算，有正、负电荷的介质：估计结果与实际测定值有同数级，ge :ed0.0064 evsi :ed0.025 ev、2.1.5，杂质的补偿作用本征激发和本征半导体(1)本征激发：在纯半导体中，载流子的产生必须被价带的电子激发到传导带，每次产生传导带的电子时，在价带产生空穴，即电子和空穴成对产生。 这种激发称为真性激发。 即，n0=p0=ni(ni本征载流子浓度)，(2)本征半导体：不含杂质的半导体是本征半导体。 ni=ni(T )、电子浓度、空穴浓度、n0=p0=ni、室温(RT=300K )下： ni (ge )2.41013 cm-3 ni (si )1.51010 cm-3 ni (GaAs )1.6106 cm-3、ni固有载流子浓度、 (3)n型半导体和p型半导体(a )施主浓度NDnin型半导体、b )受主浓度NAnip型半导体、半导体中混入一定量的浅施主和浅受主时，由于其电离能ed和ea小(RT的kT=0.026eV )，因此大部分处于电离状态UESTCNuoLiu，(4)杂质的补偿，在施主和受主混合存在的情况下，(a )在nd (施主浓度) NA (受主浓度)的情况下，因此，由于有效的施主浓度ND*=ND-NAni，EA在ED之下，所以ED上的束缚电子首先填埋EA上的空穴在补偿半导体、n型半导体、ED、EA、(B)NAND的情况下，由于是ED、EA，所以有效的受主浓度ND*=ND-NAni、p型半导体、EA在ED下，ED上的束缚电子首先是EA上的空穴，即施主和受主“抵消”，其馀的束缚空穴再次电离为带。(c )在na-nd的情况下，补偿杂质的高度，实际上半导体最重要的性质之一是利用施主和受主杂质这两种杂质，利用杂质补偿作用，使半导体中某一区域的导电类型根据人们的需求而变化，能够制作出各种设备UESTCNuoLiu、2.1.6深基准杂质、(1)浅基准杂质、(2)深基准杂质ED-eg-eg、EA、ED、ed、EA、Ec、Ev、Ev、ed、EAEg、杂质远离半导体禁带中产生的基准”、深基准杂质深能级施主主要位于禁带中心线之下，深能级受主主要位于禁带中心线。 例1:Au(族)在Ge中，Au在Ge中有5个可能状态： (1)Au； (2)au0(3)au1(4)au2(5)au3。 2、多能级特性：一些深能级杂质多次电离，引起多能级特性。(1)Au :Au0-eAu，E，Eg，EC，EV，ED失去唯一的价电子，产生施主能级ED。(2)Au1:Au0eAu1，EA1，Au在接收到电子时为Au-，受主能级EA1，(3)Au2:Au1eau2，au在接收到电子时为au=(4) au3: au2eau3，au在接收到电子时为au 3，受主能级EA3， au既称为Si中的施主，也称为受主，也称为两性杂质。如果在Si中混入au的同时混入浅受主杂质，则au作为施主发挥作用，相反，如果同时混入施主杂质，则au占主导地位。 由于EC、EV、EA、ED、电子之间的克隆排斥力，Au接收价格带来的第二个电子所需的电离能大于第一个电子，第三个大于第二个，因此EA3EA2EA1。 深能级杂质以置换形式存在于半导体中，通常含量极少，对半导体中的导电电子浓度、导电空穴浓度和材料导电类型的影响对浅能级杂质不显着，但对载流子的复合作用远强于浅能级杂质。2.4iii-v族化合物中的戴尔杂质能级、(1)等电子杂质的特征： a、与本征元素同族但不同的原子编号例如：在GaP中导入v族的n或Bib，以位错的形式存在于晶体中，基本上为电中性。如果(2)等电子阱等电子杂质(n等)占据固有的原子位置(GaAsP中的p位置等)，则存在由核心力引起的短距离的力，吸引传导带电子(空穴)而成为负(正)离子，前者成为电子阱，后者成为空穴阱。 n，NP，(3)限制激子的例子：在GaP:NNP eNP-(等的电子阱)之后，在NP- hNP- h限制激子等的电子阱捕获某个符号的载流子之后，又在带电中心的库仑作用下捕获另一个带电符号的载流子，这就是限制激子。(4)在两性杂质，例如GaAs中掺杂Si(族) ga:iii族As:族，在两性杂质：化合物半导体中，某种杂质可以是其中的施主也可以是受主，将该杂质称为两性杂质。SiGa、受体、SiAs、供体、两性杂质、2.4缺陷能级、2.4.1点缺陷、空穴：体原子缺陷间隙：原子进入无原子的位置，1、空穴、间隙的产生和消失，(1)体内发生：在较高温度下，极少数原子的热运动特别激烈此时，空穴和间隙原子对出现法兰克缺陷。(2)从表面发生：表面的空穴和间隙中单独产生原子，扩散到体内。 此时，空穴和间隙的原子数也独立变化。 (3)消失过程：空穴和间隙原子的产生过程可逆转。 在一定的温度条件下，发生和消失可以达到相对平衡，在这种情况下，空穴和间隙原子的浓度相对稳定。 由以上两种温度决定的点缺陷也称为热缺陷，2，位错能级(主要线缺陷)，如图所示，在位错位置，不成对的电子成为不饱和的共价键：该不饱和键在获得一个电子时，发挥主要作用。 原子e失去价电子的话，会作为捐赠者发挥作用。 一般来说，下位错误有获得电子的倾向，起着受主的作用，而且受