杂质半导体的扩散ppt课件

1、杂质半导体,1,目录,2,在本征半导体中掺入某些三价或者五价的微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半导体则称为杂质半导体。,杂质半导体的定义：,发光材料,本征半导体,杂质半导体,3,杂质半导体的定义：,杂质在带隙中产生杂质能级，当杂质原子取代半导体晶体中的原子时：,Si,掺杂磷,掺杂硼,多一个价电子，为施主杂质,多一个空穴，为受主杂质,当杂质原子周围的势场与晶体本身的势场有很大差异，则借助于短程势场的作用往往形成俘获电子或空穴的能级-等电子陷阱。等电子陷阱形成束缚激子（电子空穴对），其中电子和空穴可直接跃迁复合，产生高效率发光。,4,根据掺入杂质性质的不同，杂质半导

2、体分为N型半导体和P型半导体两种。,N型半导体,P型半导体,施出价电子-施主,接受电子-受主,5,半导体发光材料的条件： 1 带隙宽度合适（释放光子能量小于带隙宽度） 2 可获得电导率高的PN型晶体 3 可获得完整性好的优质晶体 4 发光复合几率大,掺杂技术,6,GaN的掺杂：,n型掺杂： 掺杂元素主要是硅和锗，激活能较低，成品易获得较低导电率,p型掺杂：掺杂元素主要是镁，镁为深受主，因被氢顿化为Mg-H络合物，因此呈现高阻，可通过低能电子辐照及在氮气中退火得到低阻氮化镓。但目前P型掺杂水平仍很低。,半导体的更新换代：硅砷化镓、磷化铟氮化镓 氮化镓具有优异电学性能、热稳定性好、光电转化率高。

3、氮化镓基白光LED灯能耗为白炽灯的1/8，寿命是传统荧光灯的50100倍。,7,杂质半导体的形成： 通过扩散将一定数量和种类的杂质掺入硅片或其他晶体中，以改变其电学性质，并使掺入的杂质数量和分布情况都满足要求。 扩散技术是一种基本而又重要的半导体制造工艺技术。,8,间隙式扩散 半径较小的杂质原子从半导体晶格的间隙中挤进去。 替位式扩散 半径较大的杂质原子代替半导体原子而占据格点（即空位） 的位置， 再依靠周围空的格点来进行扩散。,扩散机构,9,扩散方程： 将菲克第一定律方程与半导体连续性方程联立，即得到半导体掺杂的一维扩散方程（菲克第二定律）,10,恒定表面源扩散,恒定表面源扩散杂质的分布情况

4、,表达式：,11,有限表面源扩散,表达式：,有限表面源扩散杂质的分布情况,有限表面源扩散杂质的高斯分布,12,（1）二维扩散 （2）杂质浓度对扩散系数的影响 （3）电场效应 （4）发射区推进效应,影响杂质浓度分布的因素,13,常用杂质的扩散方法,按所用杂质源的形式： 液态源扩散、固态源扩散、气态源扩散、涂源扩散和金扩散等 按所用扩散系统的形式： 开管式扩散、闭管式扩散以及箱法扩散,14,结,15,采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。,什么是结？,16,在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂

5、质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程: 因浓度差 多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散,PN结的形成,17,PN结的形成,18,PN结形成过程中的扩散运动,P型、N型半导体由于分别含有较高浓度的“空穴”和自由电子，存在浓度梯度，所以二者之间将产生扩散运动。即： 自由电子由N型半导体向P型半导体的方向扩散 空穴由P型半导体向N型半导体的方向扩散,19,高掺杂n+型氮化镓体单晶衬底,2011年8月美国Kyma公司新推出尺寸为10 10 mm-2和18 18 mm-2的高掺杂n+型氮化镓体单晶衬底。 电阻率小于0.02欧姆厘米，比以前的n型氮化镓衬底低两个数量级。n型载流子浓度达到了61018 cm-3，对应电阻率仅为0.005欧姆厘米,20,高掺杂n+型