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《半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級龐智勇山東大學(xué)物理學(xué)院本幻燈片參照劉恩科等所編著教材《半導(dǎo)體物理學(xué)》編寫硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級替位式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子進入半導(dǎo)體以后，取代晶格原子而位于晶格點處，稱為替位式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子進入半導(dǎo)體后，位于晶格原子間的間隙位置，稱為間隙式雜質(zhì)半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics間隙式雜質(zhì)原子一般比較小一般形成替位式雜質(zhì)時，要求替位式雜質(zhì)原子的大小與被取代的晶格原子的大小比較相近，還要求它們的價電子殼層結(jié)構(gòu)比較相近。單位體積中雜質(zhì)原子數(shù)稱為雜質(zhì)濃度，通常用它
2、表示半導(dǎo)體晶體中雜質(zhì)含量的多少。半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics雜質(zhì)電離：以硅中摻磷為例，雜質(zhì)磷原子替位硅原子后，其中四個價電子與周圍的四個硅原子形成共價鍵，還剩余一個價電子。這個多余的價電子就束縛在磷原子周圍。但是這種束縛作用比共價鍵弱的多，只要很少的能量就可以擺脫束縛，成為導(dǎo)電電子在晶格中自由運動。這時磷原子就成為少了一個價電子的磷離子（P+），它是一個不能移動的正電中心。上述電子脫離雜質(zhì)原子的束縛成為導(dǎo)電電子的過程稱為雜質(zhì)
3、電離。使這個價電子掙脫束縛成為導(dǎo)電電子所需要的能量稱為雜質(zhì)電離能。半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics施主雜質(zhì)：能夠向晶體提供電子同時自身成為帶正電的離子的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。施主能級：當(dāng)電子被束縛于施主中心時，其能量顯然是低于導(dǎo)帶底的能量，相應(yīng)的能級稱為施主能級。在能帶圖中雜質(zhì)能級通常用簡短的橫線表示，以此說明它所代表的狀態(tài)的局域性質(zhì)。施主向?qū)п尫烹娮铀枰淖钚∧芰糠Q為施主電離能。主要依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics半導(dǎo)體物理
4、SemiconductorPhysics受主雜質(zhì)：以硅中摻硼為例，一個硼原子占據(jù)了硅原子的位置，硼有三個價電子，當(dāng)它和周圍的四個硅原子形成共價鍵時，還缺少一個電子，必須從別處的硅原子中奪取一個價電子，于是在硅晶體的共價鍵中產(chǎn)生了一個空穴。而硼原子接受一個電子后，成為帶負電的硼離子（B-），稱為負電中心。帶負電的硼離子和帶正電的空穴間有靜電引力作用，所以這個空穴受到硼離子的束縛，在硼離子附近運動。不過，硼離子對這個空穴的束縛是很弱的，只需要很少的能量就可以使空穴掙脫束縛，成為在晶體的共價鍵中自由運動的導(dǎo)電空穴。而硼原子成為多了一個價電子的硼離子（
5、B-）它是一個不能移動的負電中心。這種能夠接受電子并使自身帶負電的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。被受主雜質(zhì)所接受的電子的能量水平顯然高于價帶頂。相應(yīng)的能級稱為受主能級。半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics純凈半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)后，受主雜質(zhì)電離，使價帶中的導(dǎo)電空穴增多，增強了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，通常把主要依靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為p型半導(dǎo)體。硅、鍺中的III、V族雜質(zhì)的電離能都很小，所以受主能級很接近于價帶頂，施主能級很接近導(dǎo)電底，通常將這些雜質(zhì)能
6、級稱為淺能級。將產(chǎn)生淺能級的雜質(zhì)稱為淺能級雜質(zhì)。半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics類氫模型-淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics上述類型的雜質(zhì)，電離能很低，電子或空穴受到正電中心或負電中心的束縛很微弱，可以利用類氫模型來估算雜質(zhì)的電離能。氫原子中電子的能量En是式中n=1，2，3，。。。，為主量子數(shù)。當(dāng)n=1時，得到基態(tài)能量半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics當(dāng)n=∞時，是氫原子的電離態(tài)，E∞=0.所以，氫原子的基態(tài)電離能為：考慮到晶體內(nèi)存在的雜質(zhì)原子，正、負電荷是處于介電常
7、數(shù)為的介質(zhì)中，再考慮到電子在晶格周期勢場中運動，電子的慣性質(zhì)量用有效質(zhì)量代替經(jīng)過這樣的修正后，施主電離能可表示為：半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics對受主雜質(zhì)作類似的討論，得到受主雜質(zhì)的電離能為：上述計算沒有反映雜質(zhì)原子的影響由于正電中心對電子束縛大為減弱，電子將具有較大的軌道半徑。我們也可以類似于氫原子，求出雜質(zhì)的等效玻爾半徑。氫原子的玻爾半徑可表示為半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics類似地考慮介電常數(shù)和質(zhì)量替換，可得雜質(zhì)等效玻爾半徑半導(dǎo)體物理SemiconductorPhysics雜質(zhì)的補償作用半導(dǎo)體物理Se
8、miconductorPhysics如果半導(dǎo)體中同時存在著施主和受主雜質(zhì)，則施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)之間有互相抵消的作用，通常稱為雜質(zhì)的補償作用。當(dāng)施主雜質(zhì)
