第二章 半导体中杂质和缺陷能级.ppt

第二章 半导体中杂质和缺陷能级 1 硅 锗中晶体中的杂质能级 2 缺陷 位错能级 教学目标 教学重点与难点 教学目标 教学重点难点 半导体中的杂质和缺陷能级的原理及作用 杂质与缺陷的作用 对半导体性质的影响 深能级杂质 第二章半导体中杂质和缺陷能级 硅 锗中晶体中的杂质能级 替位式杂质间隙式杂质 B替位式杂质 A间隙式杂质 施主杂质 施主能级 掺入施主杂质磷P 硅 锗中晶体中的杂质能级 电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离 如何用能带理论解释施主杂质 硅 锗中晶体中的杂质能级 杂质能级 硅 锗中晶体中的杂质能级 施主能级 杂质电离能 施主电离能 ED EC ED 硅 锗中晶体中的杂质能级 ED 得到能量 Si Ge中 族杂质的电离能 ED eV 晶体杂质电离能 ED禁带宽度EgPAsSbSi0 0440 0490 0391 12Ge0 01260 01270 00960 67 硅 锗中晶体中的杂质能级 掺入受主杂质硼 B 硅 锗中晶体中的杂质能级 如何用能带理论解释受主杂质 硅 锗中晶体中的杂质能级 硅 锗中晶体中的杂质能级 EA 得到能量 浅能级杂质 杂质离子 束缚电子 空穴 硅 锗中晶体中的杂质能级 特点 施主电离能 ED Eg受主电离能 EA Eg 即所谓的浅能级杂质 硅 锗中晶体中的杂质能级 杂质的补偿 既掺有施主杂质又掺有受主杂质杂质补偿作用分为三种情况考虑 ND施主杂质浓度 NA受主杂质浓度 A ND NA时 B NA ND时 C ND NA时 硅 锗中晶体中的杂质能级 A ND NA时因EA在ED之下 ED上的束缚电子首先填充EA上的空位 即施主与受主先相互 抵消 剩余的束缚电子再电离到导带上 所以 有效的施主浓度ND ND NA 硅 锗中晶体中的杂质能级 n型半导体 B NA ND时因EA在ED之下 ED上的束缚电子首先填充EA上的空位 即施主与受主先相互 抵消 剩余的束缚空穴再电离到价带上 所以 有效的施主浓度NA NA ND 硅 锗中晶体中的杂质能级 P型半导体 C NA ND时杂质的高度补偿本征激发的导带电子本征激发的价带空穴 Ev Ec EA ED 硅 锗中晶体中的杂质能级 1 浅能级杂质 ED EA远小于Eg 2 深能级杂质 ED EA和Eg相当 硅 锗中晶体中的杂质能级 例 Au 族 在Ge中Au在Ge中共有五种可能的状态 1 Au 2 Au0 3 Au 4 Au2 5 Au3 硅 锗中晶体中的杂质能级 Ec Ev ED Ei EA1 EA2 EA3 第二章半导体中杂质和缺陷能级 尘埃粒子所造成的不同腐蚀的影响 在IC制造中必须要求洁净的厂房 因为尘埃可能会粘附于晶片或掩模版上造成器件的缺陷从而使电路失效 缺陷 颗粒引起的缺陷 颗粒的大小要小于器件上最小特征图形尺寸的1 10 就是说直径为0 03微米的颗粒将会损坏0 3微米线宽大小的特征图形 否则会造成器件功能的致命伤害 颗粒引起的缺陷 缺陷 位错能级 缺陷对材料性能有重要的影响理想晶体 质点严格按照空间点阵排列实际晶体 存在各种各样的结构不完整性 形成原因 1 热缺陷 晶格位置缺陷 2 杂质缺陷 组成缺陷 1 弗伦克尔缺陷 Frenkel 原子进入晶格的间隙位置 空位和间隙原子同时出现 晶体体积不发生变化 晶体不会因为出现空位而产生密度变化 1 热缺陷 晶格位置缺陷 特点 空位与间隙粒子成对出现 数量相等 晶体体积不发生变化 缺陷 位错能级 2 肖特基缺陷 Schottky 表面层原子获得较大能量 离开原来格点位跑到表面外新的格点位 原来位置形成空位这样晶格深处的原子就依次填入 结果表面上的空位逐渐转移到内部去 特点 晶体表面增加了新的原子层 晶体内部只有空位缺陷 晶体体积膨胀 密度下降 1 热缺陷 晶格位置缺陷 缺陷 位错能级 2 杂质缺陷 组成缺陷 外来原子进入主晶格产生的缺陷 在原晶体结构中进入了杂质原子 它与固有原子性质不同 破坏了原子排列的周期性 杂质原子在晶体中占据两种位置 2 替位式杂质 1 间隙式杂质 缺陷 位错能级 点缺陷和位错点缺陷 在三维尺寸均很小 只在某些位置发生 只影响邻近几个原子 是处于原子大小数量级上的缺陷线缺陷 位错 缺陷尺寸在一维方向较长 另外二维方向上很短 在一维方向上偏离理想晶体