第8讲能带理论基础2

1、 第第5章章 能带理论基础能带理论基础 学习目标学习目标 v1.掌握电子的共有化运动。掌握电子的共有化运动。 v2.了解各种杂质能级在能带中的分布特征。了解各种杂质能级在能带中的分布特征。 v3.了解各种缺陷能级的特征。了解各种缺陷能级的特征。 v4.了解直接能隙和间接能隙的特性。了解直接能隙和间接能隙的特性。 v5.掌握热平衡下载流子的特征。掌握热平衡下载流子的特征。 v6.理解费米分布函数。理解费米分布函数。 5.3杂质能级杂质能级 v控制控制半导体材料的电学性质半导体材料的电学性质，加入杂质加入杂质，形成特定电阻率，形成特定电阻率 的的N或或P型半导体材料型半导体材料。 vP是第是第V族

2、元素，每一个族元素，每一个P原原 子具有子具有5个价电子。个价电子。 vP替位式掺入替位式掺入Si中，其中四个中，其中四个 价电子和周围的硅原子形成价电子和周围的硅原子形成 了共价键，还了共价键，还剩余一个价电剩余一个价电 子子。 v相当于形成了一个相当于形成了一个正电中心正电中心 P 和一个多余的价电子 和一个多余的价电子。 vB是第是第III族元素，每一个族元素，每一个B原子具原子具 有有3个价电子个价电子。 vB替位式掺入替位式掺入Si中，当它和周围的中，当它和周围的 原子形成了共价键时，还原子形成了共价键时，还缺少一缺少一 个价电子个价电子，必须从别处硅原子中，必须从别处硅原子中 夺取

3、一个价电子，于是在硅晶体夺取一个价电子，于是在硅晶体 的共价键中的共价键中产生了一个空穴产生了一个空穴。 v相当于形成了一个相当于形成了一个负电中心负电中心B 和 和 一个多余的空穴一个多余的空穴 vP的掺入的掺入，在，在导带底导带底的的 禁带中形成一个禁带中形成一个杂质能杂质能 级。（施主能级）级。（施主能级） v这个能级上的电子很这个能级上的电子很小小 能量就可跃迁至导带能量就可跃迁至导带， 形成载流子。形成载流子。 v使电子摆脱束缚所需要使电子摆脱束缚所需要 的能量称为的能量称为杂质电离能杂质电离能。 N型半导体型半导体 vB的掺入的掺入，在价带顶的禁带，在价带顶的禁带 中形成一个中形成

4、一个空穴能级。空穴能级。 （受主能级）（受主能级） v价带上的电子很小能量价带上的电子很小能量就就 可跃迁可跃迁至空穴能级至空穴能级，形成，形成 载流子。载流子。 v使空穴摆脱束缚所需要的使空穴摆脱束缚所需要的 能量称为能量称为受主杂质电离能受主杂质电离能。 P型半导体型半导体 v除第除第、族元素，族元素，还有其他不需要杂质还有其他不需要杂质。 vIII、V族杂质的电离能都很小，所以受主能级很接近于价族杂质的电离能都很小，所以受主能级很接近于价 带顶，施主能级很接近于导带底。通常将这些杂质能级带顶，施主能级很接近于导带底。通常将这些杂质能级 称为称为浅能级浅能级，将产生浅能级的杂质称为，将产生

5、浅能级的杂质称为浅能级杂质浅能级杂质。 v位于禁带中心附近的杂质能级为位于禁带中心附近的杂质能级为深能级深能级。 v浅能级：浅能级：对半导体的导电性能对半导体的导电性能直接贡献直接贡献。 v深能级：深能级：对半导体的导电性能对半导体的导电性能没有贡献没有贡献。形成电子。形成电子-空穴空穴 复合中心，复合中心，影响少子寿命影响少子寿命。 5.4缺陷能级缺陷能级 v晶体存在缺陷，包括晶体存在缺陷，包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 v点缺陷：点缺陷：空位、间隙原子、杂质原子。空位、间隙原子、杂质原子。 v空位空位最邻近有四个原子，每个原子各有一个不成对的电子，最邻近有四个原子，每个原子各有一个不成对的电子， 成为成为不饱和的共价键（悬挂键），不饱和的共价键（悬挂键），这些键这些键倾向于接受电子倾向于接受电子， 因此空位表现出因此空位表现出受主作用，形成受主能级。受主作用，形成受主能级。 v每个每个间隙原子间隙原子有四个可以失去的未形成共价键的电子，有四个可以失去的未形成共价键的电子，表表 现出施主作用。形成施主能级。现出施主作用。形成施主能级。 v线缺陷（位错）：线缺陷（位错）：具有不饱和的共价键（悬挂键），具有不饱和的共价键（悬挂键）， 形成受主能级。形成受主能级。另：位错上聚集杂质才引入能级。另：位错上聚集杂质才引入能级。 v面缺陷：面缺陷：晶