第二章半导体中的杂质和缺陷e

1、2.1 硅、硅、锗锗晶体中的杂质能级晶体中的杂质能级 半导体中的杂质，施主和受主，类氢模型，半导体中的杂质，施主和受主，类氢模型， 杂质的补偿作用，深能级杂质杂质的补偿作用，深能级杂质 2.2 -族化合物中的杂质能级族化合物中的杂质能级 2.3 缺陷、位错能级缺陷、位错能级 第二章第二章 半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷 v在实际应用的半导体材料晶格中，总存在在实际应用的半导体材料晶格中，总存在 偏离理想情况的各种复杂现象。偏离理想情况的各种复杂现象。 1 1、原子、原子并非静止并非静止在严格周期性晶格格点在严格周期性晶格格点 位置，而是在其平衡位置附近位置，而是在其平衡位置附近振动振

2、动； 2 2、半导体材料、半导体材料并非纯净并非纯净的，而含有的，而含有杂质杂质， 即在半导体晶格中存在着与组成半导体材即在半导体晶格中存在着与组成半导体材 料的元素不同的其他化学元素的原子；料的元素不同的其他化学元素的原子； 3 3、实际半导体晶格结构、实际半导体晶格结构并非完整无缺并非完整无缺， 而存在各种形式的而存在各种形式的缺陷缺陷。在半导体中的某。在半导体中的某 些区域，晶格中的原子周期性排列被破坏，些区域，晶格中的原子周期性排列被破坏， 形成各种缺陷。形成各种缺陷。 半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷 v缺陷分为三类：缺陷分为三类： 1、点缺陷（空位、间隙原子）、点缺陷（空位

3、、间隙原子） 2、线缺陷（位错）、线缺陷（位错） 3、面缺陷（层错、多晶体中的晶粒间界）、面缺陷（层错、多晶体中的晶粒间界） 半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷 v杂质和缺陷的影响杂质和缺陷的影响 半导体材料中半导体材料中极微量杂质和缺陷极微量杂质和缺陷，能对，能对 材料的物理性质和化学性质产生决定性影响，材料的物理性质和化学性质产生决定性影响， 也会严重影响器件的质量。也会严重影响器件的质量。 在硅晶体中，若以在硅晶体中，若以10105 5个硅原子中掺入一个硅原子中掺入一 个杂质原子的比例掺入硼原子，室温电导率个杂质原子的比例掺入硼原子，室温电导率 将增加将增加10103 3倍。倍。

4、用于生产一般硅平面器件的硅单晶，要用于生产一般硅平面器件的硅单晶，要 求控制位错密度在求控制位错密度在10102 2 cmcm-2 -2以下，若位错密度以下，若位错密度 过高，则不过高，则不 能生产出性能良好的器件。能生产出性能良好的器件。 半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷 v杂质和缺陷重要影响的原因杂质和缺陷重要影响的原因 由于杂质和缺陷的存在，使周期性排列由于杂质和缺陷的存在，使周期性排列 的原子所产生的周期性势场受破坏，有可能的原子所产生的周期性势场受破坏，有可能 在禁带中引入允许电子具有的能量状态在禁带中引入允许电子具有的能量状态( (即能即能 级级) )。 由于杂质和缺陷可在

5、禁带中引入能级，由于杂质和缺陷可在禁带中引入能级， 对半导体的性质产生决定性影响。对半导体的性质产生决定性影响。 半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷 2.1 硅、硅、锗锗晶体中的杂质能级晶体中的杂质能级 v杂质进入半导体如何分布？杂质进入半导体如何分布？ v金刚石结构中，一个晶胞内的原子占晶体原金刚石结构中，一个晶胞内的原子占晶体原 胞的胞的34%，空隙占，空隙占66%。 替位式杂质替位式杂质 间隙式杂质间隙式杂质 v杂质原子进入半导体硅以后，只可能以两种方式存在。杂质原子进入半导体硅以后，只可能以两种方式存在。 v间隙式间隙式(interstitial)(interstitial)杂质

6、杂质:杂质原子位于晶格原子间的间杂质原子位于晶格原子间的间 隙位置。隙位置。 v替位式替位式(substitutional)(substitutional)杂质杂质:杂质原子取代晶格原子而位杂质原子取代晶格原子而位 于格点处。于格点处。 v杂质进入其它半导体材料中，也是这两种方式。杂质进入其它半导体材料中，也是这两种方式。 替位式杂质替位式杂质 间隙式杂质间隙式杂质 v间隙式间隙式杂质原子一般比较小，如离子锂（杂质原子一般比较小，如离子锂（Li+）的半径很小，为）的半径很小，为0.068nm, 在硅、锗、砷化镓中是间隙式杂质。在硅、锗、砷化镓中是间隙式杂质。 v一般形成一般形成替位式替位式杂质

7、时，要求替位式杂质原子的大小与被取代的晶格杂质时，要求替位式杂质原子的大小与被取代的晶格原原 子的大小比较相近子的大小比较相近，还要求它们的，还要求它们的价电子壳层结构比较相近价电子壳层结构比较相近。如硅、锗。如硅、锗 是是IV族元素的族元素，与族元素的族元素，与III、V族元素情况比较相近，所以族元素情况比较相近，所以III、V族元族元 素在硅、锗晶体中都是替位式杂质素在硅、锗晶体中都是替位式杂质 。 Si：r=0.117 nm B：r=0.089 nm P：r=0.11 nm v杂质浓度杂质浓度:单位体积中的杂质原子数。单位体积中的杂质原子数。 表示半导体晶体中杂质含量的多少。表示半导体晶

8、体中杂质含量的多少。 替位式杂质替位式杂质 间隙式杂质间隙式杂质 vIII、V族元素在硅、锗晶体中是替位式杂质族元素在硅、锗晶体中是替位式杂质 v以硅中掺磷为例讨论以硅中掺磷为例讨论V族杂质的作用族杂质的作用 施主杂质施主杂质 施主能级施主能级 施主杂质施主杂质 施主能级施主能级 v杂质电离杂质电离： 电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程。电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程。 v杂质电离能杂质电离能 ：多余价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量。：多余价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量。 施主杂质施主杂质 施主能级施主能级 v施主杂质或施主杂质或n型杂质型杂质: V族杂质族杂质,

9、在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子 并形成正电中心。并形成正电中心。 v施主电离：施主杂质释放电子的过程。施主电离：施主杂质释放电子的过程。 v施主杂质未电离时是中性的，称为束缚态或中性态；电离后成为施主杂质未电离时是中性的，称为束缚态或中性态；电离后成为 正电中心，称为离化态。正电中心，称为离化态。 施主杂质施主杂质 施主能级施主能级 v施主杂质的电离过程施主杂质的电离过程 施主杂质施主杂质 施主能级施主能级 v施主能级施主能级ED：被施主杂质束缚的电子的能量状态。：被施主杂质束缚的电子的能量状态。 v在纯净半导体中掺入施主杂质在纯净半导

10、体中掺入施主杂质 杂质电离以杂质电离以 后，导带中的导电电子增多，增强后，导带中的导电电子增多，增强 半导体的导电能力。半导体的导电能力。 vn型半导体（电子型半导体）型半导体（电子型半导体） 主要依靠导带电子导电的半导体。主要依靠导带电子导电的半导体。 施主杂质施主杂质 施主能级施主能级 v杂质向导带和价带提供电子和空穴的过程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（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）称为主能级向价带的跃迁）称为杂质电离或杂质杂质电离或杂质 激发激发。所需要的能量称为杂质的电离能。所需要的能量称为杂质的电离能。 v电

11、子从价带直接向导带激发，成为导带的自电子从价带直接向导带激发，成为导带的自 由电子，称为由电子，称为本征激发本征激发。 v只有本征激发的半导体称为只有本征激发的半导体称为本征半导体本征半导体。 intrinsic semiconductor )( )( 1240 )( )( 101240 106 . 1)( 10310626. 6 9 19 834 nm eVE m eVE eVEE hc g g gg 760nm 1.63eV 550 2.25 380 3.26 发光波长与带隙 v例如：例如：Si 在室温下，本征载流子浓度为在室温下，本征载流子浓度为1010/cm3， 掺入掺入P (ND=1

12、016/cm3) ： vSi的原子浓度为的原子浓度为10221023/cm3 vP的浓度的浓度/Si原子的浓度原子的浓度=10-6 v施主向导带提供的载流子施主向导带提供的载流子 10161017/cm3本征载流子浓度本征载流子浓度 受主杂质受主杂质 受主能级受主能级 v以硅晶体中掺硼为例讨论以硅晶体中掺硼为例讨论族杂质的作用族杂质的作用 受主杂质受主杂质 受主能级受主能级 v受主杂质受主杂质或或p型杂质型杂质: 族杂质族杂质,在硅、锗中电离时，能够接受电子而在硅、锗中电离时，能够接受电子而 产生导电空穴，并形成负电中心。产生导电空穴，并形成负电中心。 v受主电离受主电离：空穴挣脱受主杂质束缚

13、的过程。：空穴挣脱受主杂质束缚的过程。 v受主杂质未电离时是中性的，称为受主杂质未电离时是中性的，称为束缚态束缚态或或中性态中性态； 电离后成为负电中心，称为电离后成为负电中心，称为离化态离化态。 受主杂质受主杂质 受主能级受主能级 v受主杂质电离能受主杂质电离能 ： 使空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需要的能量。使空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所需要的能量。 受主杂质受主杂质 受主能级受主能级 v受主杂质的电离过程受主杂质的电离过程 受主杂质受主杂质 受主能级受主能级 v受主杂质的电离过程受主杂质的电离过程 实际上是电子的运动，是价带中的电子得到能量实际上是电子的运动，是价带中的电子得到

14、能量 后，跃迁到受主能级上，和束缚在受主能级上的空穴后，跃迁到受主能级上，和束缚在受主能级上的空穴 复合，并在价带中产生了一个可以自由运动的导电空复合，并在价带中产生了一个可以自由运动的导电空 穴，同时也就形成一个不可移动的受主离子。穴，同时也就形成一个不可移动的受主离子。 受主杂质受主杂质 受主能级受主能级 v纯净半导体中掺入受主杂质后，受主杂质电离，使价纯净半导体中掺入受主杂质后，受主杂质电离，使价 带中的导电空穴增多，增强半导体的导电能力。带中的导电空穴增多，增强半导体的导电能力。 vp型半导体型半导体(空穴型半导体空穴型半导体) 主要依靠空穴导电的半导体。主要依靠空穴导电的半导体。 受

15、主杂质受主杂质 受主能级受主能级 v掺施主的半导体的导带电子数主要由施主决定，半导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（电子数体导电的载流子主要是电子（电子数空穴数），对空穴数），对 应的半导体称为应的半导体称为n型半导体。称电子为多数载流子，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。简称多子，空穴为少数载流子，简称少子。 v掺受主的半导体的价带空穴数由受主决定，半导体导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（空穴数电的载流子主要是空穴（空穴数电子数），对应的电子数），对应的 半导体称为半导体称为p型

16、半导体。空穴为多子，电子为少子。型半导体。空穴为多子，电子为少子。 vIII族杂质在硅、锗晶体中是受主杂质族杂质在硅、锗晶体中是受主杂质 vV族杂质在硅、锗晶体中是施主杂质族杂质在硅、锗晶体中是施主杂质 v杂质在禁带中引入能级：杂质在禁带中引入能级： 受主能级比价带顶高受主能级比价带顶高 施主能级则比导带底低施主能级则比导带底低 v杂质可以处于两种状态：杂质可以处于两种状态： 未电离的中性态或束缚态未电离的中性态或束缚态 电离后的离化态电离后的离化态 v杂质处于离化态时，杂质处于离化态时， 受主杂质向价带提供空穴而成为负电中心受主杂质向价带提供空穴而成为负电中心 施主杂质向导带提供电子而成为正

17、电中心施主杂质向导带提供电子而成为正电中心 受主杂质、施主杂质小结受主杂质、施主杂质小结 v杂质能级的位置杂质能级的位置 硅、锗中的硅、锗中的III 、V族杂质的电离能都很小，所以受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。主能级很接近于价带顶，施主能级很接近于导带底。 v浅能级：上述杂质能级。浅能级：上述杂质能级。 v浅能级杂质：产生浅能级的杂质。浅能级杂质：产生浅能级的杂质。 v室温下杂质状态室温下杂质状态 晶格原子热振动的能量会传递给电子，可使硅、锗晶格原子热振动的能量会传递给电子，可使硅、锗 中的中的III 、V族杂质几乎全部离化。族杂质几乎全部离化。

18、 杂质能级小结杂质能级小结 v前前述类型杂质，电离能很低，电子或空穴受述类型杂质，电离能很低，电子或空穴受到正电中心或负电中心到正电中心或负电中心 的束缚很微弱，可利用的束缚很微弱，可利用类氢模型类氢模型来估算来估算杂质的电离能杂质的电离能。 v当硅、锗中掺入当硅、锗中掺入V族杂质如磷原子时，在施主杂质处于束缚态的情族杂质如磷原子时，在施主杂质处于束缚态的情 况下，这个磷原子将比周围的硅原子多一个电子电荷的正电中心和况下，这个磷原子将比周围的硅原子多一个电子电荷的正电中心和 一个束缚着的价电子。用氢原子模型估计一个束缚着的价电子。用氢原子模型估计 的数值。的数值。 v氢原子中电子的能量氢原子中

19、电子的能量 n=1,2,3, ,为主量子数为主量子数 基态能量基态能量 电离态电离态 v电离能电离能 浅能级杂质电离能的简单计算浅能级杂质电离能的简单计算 v修正考虑修正考虑 1、晶体内存在的杂质原子，正、负电荷是处于介电常数为、晶体内存在的杂质原子，正、负电荷是处于介电常数为 的介质中，则电子受正电中心的引力将减弱的介质中，则电子受正电中心的引力将减弱 倍倍, 束缚能量将减弱束缚能量将减弱 倍；倍； 2、电子不是在自由空间运动，而是在晶格周期性势场中运动，所、电子不是在自由空间运动，而是在晶格周期性势场中运动，所 以电子的惯性质量以电子的惯性质量 要用有效质量要用有效质量 代替。代替。 v修

20、正后，施主杂质电离能修正后，施主杂质电离能 v受主杂质的电离能受主杂质的电离能 v计算得到：锗中计算得到：锗中 =0.0064eV，硅中，硅中 =0.025eV 与与实验测量值具有同一数量级。实验测量值具有同一数量级。 浅能级杂质电离能的简单计算浅能级杂质电离能的简单计算 束缚电子或空穴的轨道半径 v杂质补偿杂质补偿：施主和受主杂质之间的互相抵消作用（在半导体中，：施主和受主杂质之间的互相抵消作用（在半导体中， 同时存在着施主和受主杂质）同时存在着施主和受主杂质） v假设假设施主和受主施主和受主杂质全部电离杂质全部电离 ND ：施主杂质浓度：施主杂质浓度 NA ：受主杂质浓度：受主杂质浓度 n

21、 ：导带中电子浓度：导带中电子浓度 p ：价带中空穴浓度：价带中空穴浓度 v1、当、当ND NA时时 施主杂质电子先跃迁到施主杂质电子先跃迁到NA个受主能级上，个受主能级上， ND - NA个电子在施主能级，跃迁到导带，个电子在施主能级，跃迁到导带， 成为导电电子成为导电电子 n =ND NA ND 半导体是半导体是n型的型的 杂质的补偿作用杂质的补偿作用 v2、当、当NA ND时时 施主能级上的全部电子跃迁到受主施主能级上的全部电子跃迁到受主 能级后，受主能级上还有能级后，受主能级上还有NA - ND个个 空穴，它们可以跃迁入价带成为导空穴，它们可以跃迁入价带成为导 电空穴电空穴 p = N

22、AND NA 半导体是半导体是p型的型的 杂质的补偿作用杂质的补偿作用 v有效杂质浓度：经过补偿之后，半导体中的净杂质浓度有效杂质浓度：经过补偿之后，半导体中的净杂质浓度 杂质的补偿作用杂质的补偿作用 利用利用杂质补偿杂质补偿作用，就能根据需要用作用，就能根据需要用扩散扩散或或离子注入离子注入方法方法 来改变半导体中某一区域的来改变半导体中某一区域的导电类型导电类型，以制成各种器件。，以制成各种器件。 但是，若控制不当，会出现但是，若控制不当，会出现 的现象，这时，施主电的现象，这时，施主电 子刚好够填充受主能级，虽然杂质很多，但不能向导带和价带子刚好够填充受主能级，虽然杂质很多，但不能向导带

23、和价带 提供电子和空穴，这种现象称为提供电子和空穴，这种现象称为杂质的高度补偿杂质的高度补偿。 这种材料容易被误认为高纯半导体，实际上含杂质很多，这种材料容易被误认为高纯半导体，实际上含杂质很多， 性能很差，不能用来制造半导体器件。性能很差，不能用来制造半导体器件。 v在半导体硅、锗中，除了在半导体硅、锗中，除了III 、V族杂质在禁带中产族杂质在禁带中产 生浅能级以外，掺入其它各族元素也会在禁带中产生生浅能级以外，掺入其它各族元素也会在禁带中产生 能级。能级。 深能级杂质深能级杂质 深能级杂质深能级杂质 深能级杂质深能级杂质 v非非III 、V族杂质在硅、锗中产生能级的特点：族杂质在硅、锗中

24、产生能级的特点： 深能级杂质深能级杂质 深能级杂质深能级杂质 深能级杂质深能级杂质 深能级杂质深能级杂质 深能级杂质深能级杂质 v深能级杂质深能级杂质在在Si,GeSi,Ge中的非中的非,族杂质属于深能级杂质族杂质属于深能级杂质 产生的电子能级距离导带底产生的电子能级距离导带底, ,价带顶都比较远价带顶都比较远 大多能在大多能在Si,GeSi,Ge中产生多重能级中产生多重能级 v一些杂质一些杂质, ,在同一半导体中在同一半导体中, ,既可起施主作用既可起施主作用, ,又可起受主作用又可起受主作用 两性杂质两性杂质 例如例如,Au,Au在在GeGe中中, ,除形成三重受主能级外除形成三重受主能级

25、外, ,还产生一个施主能级还产生一个施主能级 v在Ge中掺Au Au的电子组态是：5s25p65d106s1： Ge Ge Au Ge Ge v1、Au失去一个电子施主 p 电离过程为 Au = Au+ +(e) Ge Ge Au + Ge Ge ED=Ev+0.04ev Ec Ev ED v2.Au获得一个电子获得一个电子受主受主 pAu + (e) = Au EA1= Ev + 0.15ev Ec Ev ED EA1 v3.Au获得第二个电子获得第二个电子 Ge Ge = Au - Ge Ge Au - + (e)=Au- - EA2=Ec0.2ev Ec Ev ED EA1 EA2 4

26、4. .A Au u 获获得得第第三三个个电电子子 Ge Ge = Au - = Ge Ge EA3=Ec0.04ev Ec Ev ED EA1 EA2 EA3 深能级杂质，一般情况下含量极少，且能级较深， 对半导体的载流子浓度（导电电子浓度、导电空穴 浓度)和导电类型的影响比浅能级杂质小。 深能级杂质，对于载流子的复合作用比浅能级杂质 强，也称为复合中心。 金是一种典型的复合中心，在制造高速开关器件时， 常掺入金以提高器件的速度。 2.2 III-V族化合物中的杂质能级族化合物中的杂质能级 vIIIV族化合物族化合物: IIIA族元素硼、铝、镓、铟、铊族元素硼、铝、镓、铟、铊 VA族元素氮、

27、磷、砷、锑、铋族元素氮、磷、砷、锑、铋 组成组成 二元化合物，成分化学比都是二元化合物，成分化学比都是1：1 v由铝、镓、铟和磷、砷、锑形成的由铝、镓、铟和磷、砷、锑形成的九种化合物九种化合物(AlP， AlSb，AlAs，GaP，GaAs，GaSb，InP, InAs, InSb) 都结晶成都结晶成闪锌矿型闪锌矿型结构，与硅、锗的金刚石型结构很结构，与硅、锗的金刚石型结构很 相似。相似。 每个原子有四个最近邻原子，该原于处于正四面每个原子有四个最近邻原子，该原于处于正四面 体中心时，四面体四个顶角为其最近邻的四个另一类体中心时，四面体四个顶角为其最近邻的四个另一类 原于所占有。原于所占有。

28、即闪锌矿型结构与金刚石型结构不同处：金刚石即闪锌矿型结构与金刚石型结构不同处：金刚石 型结构中全由一种原子组成，闪锌矿型结构中由两种型结构中全由一种原子组成，闪锌矿型结构中由两种 不同的原子交替占据晶格点位置。不同的原子交替占据晶格点位置。 vIII-V族化合物中的杂质，可以是族化合物中的杂质，可以是间隙式间隙式，也可以是，也可以是替位替位 式式，情况比硅、锗，情况比硅、锗复杂复杂 v例如，例如，替位式杂质替位式杂质可能可能取代取代III族族原子，也可能原子，也可能取代取代V族族 原子原子 v间隙式杂质如果进入四面体间隙位置，则杂质原子周围间隙式杂质如果进入四面体间隙位置，则杂质原子周围 可能

29、是四个可能是四个III族原子或四个族原子或四个V族原子族原子 III-V族化合物中的杂质族化合物中的杂质 III-V族化合物中的杂质能级族化合物中的杂质能级 III-V族化合物中的杂质能级族化合物中的杂质能级 以以GaAs中的杂质为例中的杂质为例,一般而言一般而言: 族族元素元素-倾向于倾向于占据占据Ga的位置的位置,是是受主受主 族族元素元素-倾向于倾向于占据占据As的位置的位置,是是施主施主 族族元素元素-占据占据As的位置的位置,是是受主受主 占据占据Ga的位置的位置,是是施施主主 III-V族化合物中的杂质能级族化合物中的杂质能级 1. I族元素 一般在砷化镓中引入受主能级， 起受主作

30、用 银受主能级 (Ev+0.11)eV 金受主能级 (Ev+0. 09)eV 锂受主能级 (Ev+0. 023)eV (Ev+0. 05)eV 铜五个受主能级 (Ev+0. 23)eV (Ev+0. 14)eV (Ev+0. 19)eV (Ev+0. 24)eV (Ev+0. 44)eV III-V族化合物中的杂质能级族化合物中的杂质能级 III-V族化合物中的杂质能级族化合物中的杂质能级 v等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这 一带电中心由于库仑作用又能俘获另一种相一带电中心由于库仑作用又能俘获另一种相 反符号的载流子，形成反符号的载流子，形成束缚激子

31、束缚激子。 v这种束缚激子在由间接带隙半导体材料制造这种束缚激子在由间接带隙半导体材料制造 的发光器件中起主要作用。的发光器件中起主要作用。 4. IV族元素族元素 v碳、硅、锗、锡、铅碳、硅、锗、锡、铅 v取代取代III族族原子原子, 起起施主施主杂质作用。杂质作用。 v取代取代V 族族原子原子, 起起受主受主作用。作用。 vIV族原子还可以杂乱地分布在族原子还可以杂乱地分布在III族原子族原子 和和V族原子的晶格点上，杂质的总效果族原子的晶格点上，杂质的总效果 是起施主作用还是受主作用，与掺杂浓是起施主作用还是受主作用，与掺杂浓 度及掺杂时外界条件有关。度及掺杂时外界条件有关。 v硅硅在砷

32、化镓中既能在砷化镓中既能取代镓取代镓，表现为，表现为施主施主杂质；杂质； 又能又能取代砷取代砷，表现为，表现为受主受主杂质。杂质。 这种性质称为杂质的这种性质称为杂质的双性行为双性行为。 v锗、锡在砷化镓中，表现出双性行为锗、锡在砷化镓中，表现出双性行为 。 v硅在磷化镓中，表现出双性行为。硅在磷化镓中，表现出双性行为。 vVI族原子氧、硫、硒、碲与族原子氧、硫、硒、碲与V族元素性质相近，族元素性质相近， 常取代族常取代族V原子，它们比族元素多一个价电子原子，它们比族元素多一个价电子 且容易失去，为施主杂质，引入施主能级。且容易失去，为施主杂质，引入施主能级。 v硫、硒、碲元素在砷化镓中的能级

33、分别为硫、硒、碲元素在砷化镓中的能级分别为 v硫、硒、碲在磷化镓中的能级分别为硫、硒、碲在磷化镓中的能级分别为 v氧在砷化镓中，测得一个深施主能级为氧在砷化镓中，测得一个深施主能级为 5. VI族元素族元素 2.3 2.3 缺陷、位错能级缺陷、位错能级 v点缺陷点缺陷 间隙原子间隙原子 空位空位 v位错位错 v1、元素半导体中的点缺陷元素半导体中的点缺陷 空位 = Si = Si = Si = = Si Si = = Si = Si = Si = 原子的空位受主 一个空位和其四个近邻原子的情况一个空位和其四个近邻原子的情况 （a）产生一个空位而不考虑共价键重构时的情形，）产生一个空位而不考虑共

34、价键重构时的情形， 原胞保持正四面体对称；原胞保持正四面体对称； （b）共价键重）共价键重 构的情形构的情形,原子原子A趋向与原子趋向与原子B共价键共价键 合，原子合，原子C趋向与原子趋向与原子D共价键合，结果发生畸变。共价键合，结果发生畸变。 间隙原子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si 间隙原子缺陷起施主作用间隙原子缺陷起施主作用 v2、化合物半导体中的点缺陷、化合物半导体中的点缺陷 p空位空位VGa、VAs p间隙原子间隙原子GaI、AsI p反结构缺陷反结构缺陷 Ga原子占据原子占据As空位空位 As原子占据原子占据Ga空位空位 记为记为GaAs和和AsGa。 v当Ga的位置被As取