刘诺-半导体物理学-第二章

1、电子科技大学微电子与固体电子学学院微电子科学与工程系副教授刘诺：自主制作，半导体物理，半导体物理，半导体物理，电子科技大学，半导体物理，本征激发与本征半导体特性n0=p0 2，杂质半导体与杂质电离(1)施主与n型半导体：电子浓度n0空穴浓度p0 (2)受主与p型半导体：空穴浓度p0电子浓度n0。 第二章半导体中的杂质和缺陷能级，UESTC nuoliu，键：1，施主能级施主电离能2，受主能级受主电离能2.1，硅和锗晶体中的杂质能级，UESTC Nuo Liu，1，杂质和杂质能级，杂质：与半导体中存在的体元素不同的其它元素。 杂质源： (1)有意掺杂(2)无意掺杂杂质在半导体中的分布(1)替代杂

2、质(2)间隙杂质(UESTC No Liu)，当杂质出现在半导体中时，产生的附加势场破坏严格的周期性势场：UESTC No Liu，杂质能级在禁带中，Ec杂质能级Ev，UESTC No Liu，2。施主能级：例如：在硅中掺杂磷的P(硅：P)，导带电子，电离施主P，硅，电子能级，在硅单晶中v族施主取代杂质的两个电荷态的价键图(a)电离态(b)中性施主态，电子能级，电子能级，施主能级。电子离化能=电子离化能、电子离化能、电子离化能、施主电离能(结合能)是释放俘获电子和参与传导电流所需的能量。电子浓度n0空穴浓度P0、电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n

3、0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0电子浓度n0 受主电离能(结合能)是受主的电荷，受主电离能：EA=EA-EV，UESTC诺流，硅的E-x和E-k图，具有电离和中性受主能级，EA，UESTC诺流，杂质半导体，1。 n型半导体：特征：A、

4、施主杂质被电离，施主提供的电子出现在导带中；电子浓度N空穴浓度p 2，P型半导体：特征：A、受主杂质电离，受主提供的空穴出现在价带中；空穴浓度p电子浓度n，UESTC诺流，UESTC诺流，不同导电类型半导体的能带图，强p型弱p型本征弱n型强n型，Ec Ei Ev，UESTC诺流，上述杂质的特征：施主电离能ED Eg受主电离能EA Eg，浅能级杂质，杂质的双功能：1。改变半导体2的电阻率。确定半导体的导电类型。4.浅能级杂质电离能的简单计算。(1)氢原子基态电子的电离能，满足：解为电子能量：氢原子基态能量：氢原子电离能：所以基态电子的电离能。(2)用类氢原子模型估算浅能级杂质的电离能。浅能级杂质

5、=束缚电子(空穴)的杂质离子，UESTC诺流，UESTC诺流，正负电荷所在的介质：UESTC诺流，估计结果与实际测量值的数量级相同。葛：ed0.0064 ev si3360 ed 0.025 ev，uestc nuoliu，5 .杂质补偿，1。本征激发和本征半导体(1)本征激发：在纯半导体中，载流子的产生必须依赖于价带中的电子才能激发到导带，其特征在于导带中的每个电子都会在价带中产生一个空穴，即电子和。这种激发称为本征激发。(2)本征半导体：没有杂质的半导体是本征半导体。室温下(室温=300K)，ni(ge)2.41013cm-3ni(si)1.51010cm-3ni(GaAs)1.6106，

6、ni=ni(T)，电子浓度，空穴浓度，n0=p0=ni，UESTC Nuo Liu。(3)n型半导体和P型半导体，(a)具有施主浓度ndni的N型半导体，(b)具有受主浓度nani的P型半导体，当一定量的浅施主或浅受主掺杂到半导体中时，它们基本上处于电离状态，因为它们的电离能ED或EA非常小(室温下kT=0.026eV)。(4)杂质补偿，掺杂有施主和受主补偿半导体，(a) n型半导体中的A)NDNA，所以：有效施主浓度ND*=ND-NAni，ED，EA，施主浓度，受主浓度，因为EA低于ED，ED上的束缚电子首先填充EA上的空位。在“与非”p型半导体中，由于电子能级低于电子能级，电子能级上的束缚

7、电子首先填补电子能级上的空位，即施主和受主先相互“抵消”，剩余的束缚空穴在价带上再次电离。ed，EA，so:有效受体浓度na *=na-ndni，uestc nuoliu，(c)与非门中的高度补偿杂质，本征激发导带电子Ec ed EA Ev本征激发价带空穴，UESTC Nuo Liu，6，深能级杂质，(1)浅能级杂质(2)深能级杂质，如EDGEEAEG，ED，EA，EA，ED，ED，EA，Ec，Ev，EV，EAEG，UESTC Nuo Liu，均以深能级杂质为特征。浅能级的施主能级接近导带，浅能级的受主能级接近价带。深层施主主要位于禁带的下部，而深层受主主要位于禁带的上部。多能级特征：一些深能

8、级杂质产生多重电离，导致多能级特征。由于二次电离是在先前电离的基础上实现的，所以一次电离能量通常小于二次电离能量。浅能级，深能级，Eg，导带底部，价带顶部，UESTC，诺流，Ei，导带底部，价带顶部，ED，施主能级，受主能级，EC(2)Au0；(3)非洲联盟；(4)金二；(5)金三。(1) au: Au0 e Au，E，eg，EC，ev，ed，UESTC Nuo Liu，(2) au0，电中性状态，UESTC Nuo Liu，(3)Au:Au 0 E Au one，ea1，EC，ea，ev，等(4) Au II: Au-e Au II，EC，EA2，EA1，EV，E=，E，UESTC Nuo

9、Liu，(5) Au III: Au II e Au III，EC EA ED EV，Au EA3，EA2，EA1，E相反，如果同时掺杂施主杂质，金充当受主。(1)等电子杂质特征：a，与本征元素相同但不同的原子序数：族中的n或Bi b掺杂在GaP中，以取代形式存在于晶体中，基本上是电中性的。刘诺(2)等。在电子杂质(例如n)占据本征原子位置(例如GaAsP中的p位置)之后，即存在由核心力引起的短程力，其可以吸引导带电子(空穴)并变成负(正)离子，前者是电子陷阱，而后者是空穴陷阱。N，NP，UESTC诺流，例如：gap: bipbip空穴陷阱，UESTC诺流，等电陷阱，例如，1。GaAsP中的n

10、:np2，Si中的c:csi3，ZnTe:它的存在形式可以是(1)取代(2)络合物UESTC Nuo Liu，8，束缚激子，例如：NP- h NP- h束缚激子后隙：n NP e NP-(等电子陷阱)，即在等电子陷阱捕获一个符号的载流子后，由于带电中心的库仑作用，它也捕获另一个带电符号的载流子，这称为束缚激子。，UESTC诺柳，9，两性杂质，例如：掺入GaAs的硅(族)镓：组砷：组，硅镓，受体，硅铝酸盐，施主，两性杂质：在化合物半导体中，有些杂质既可作为施主又可作为受主，称为两性杂质。2.2能级，关键：缺陷可以将孤立能级引入禁带。点缺陷：空位、自间隙原子逆转各种复杂位错的结构缺陷。Ec EA ED1 EV，ED2，UESTC Noo Liu，B，间隙示例1: si: b空位，Ec ED EA Ev，UESTC Noo Liu，示例2，复合体，“v”:空位，即空位。氧钒复合物：环境影响评价=环境影响评价-0.17电子伏砷钒复合物：环境影响评价=环境影响评价-0.4电子伏磷钒复合物：环境影响评价=环境影响评价-0.47电子伏，用户满意度，(2)GaAs点缺陷，点缺陷分类：1。空缺：VAs，VGa。2.许可：我作为，IGa。3.抗结构缺陷：BA、AB。UESTC Noo Liu，A，空位置，ecea 1(VGA)=ev