半导体中杂质能级

1、半导体物理半导体物理徐海涛徐海涛 2005-2006 浅能级杂质浅能级杂质 Group III and V 提供载流子提供载流子 深能级杂质深能级杂质复合中心复合中心 施主施主 受主受主 电子电子 空穴空穴 Ec 杂质能带杂质能带： 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 缺陷能级缺陷能级 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 q Point Defects 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 点缺陷点缺陷 Frenkel缺陷：晶格中的 一部分原子会获得足够 的能量，挤入晶格原子 间的间隙，形成间隙原 子，原来

2、的位置成为空 位。 Schottky缺陷：只在晶 格中形成空位而无间隙 原子。 晶体中空位比间隙原子多得晶体中空位比间隙原子多得 多。多。(因为产生因为产生Schottky缺缺 陷所需的能量较低）陷所需的能量较低） 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 空位：不饱和键，倾向于接受电子空位：不饱和键，倾向于接受电子 受主受主 间隙原子：间隙原子：4 个多余的价电子个多余的价电子 施主施主 q对于对于 III-V 族族, 如如GaAs，除了热振动引起点缺陷外，除了热振动引起点缺陷外， 还会由于还会由于 Ga，As 成分偏离正常的化学计量比成分偏离正常的化学计量比 （1:

3、1），形成），形成 Ga，As 空位。空位。 q 对对Group IV的半导体而言的半导体而言 q 对对II-VI族化合物族化合物(MX)而言而言 M空位或空位或X间隙原子间隙原子 受主受主 X空位或空位或M间隙原子间隙原子 施主施主 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 线缺陷线缺陷: 位错位错(dislocation) 位错：刃位错位错：刃位错(edge dislocation)和螺位错和螺位错 (screw dislocation) 位错对半导体材料的影响位错对半导体材料的影响 可具有施主或受主作用可具有施主或受主作用 使晶格发生畸变，改变禁带宽度。使晶格发生

4、畸变，改变禁带宽度。 0 V V )(E vcg 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 位错产生的一排多余原子是不饱和键，有一个不成对的电子位错产生的一排多余原子是不饱和键，有一个不成对的电子 若若 失去电子失去电子 受主受主 俘获电子俘获电子 施主施主 深能级深能级 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 Photo of a Stacking Fault Screw dislocation 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 缺陷能级缺陷能级 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态

5、 q Quiz Quiz 1. 1. 请指出以下这两张图的错误，并说出原因。请指出以下这两张图的错误，并说出原因。 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 2 2。请画出请画出Au在在Si中的化学键示意图，并指出中的化学键示意图，并指出Au+ Au0 Au- Au2- Au3- 时的情况。时的情况。 3。请翻阅资料，指出。请翻阅资料，指出Si中常见缺陷的在禁带中的能级中常见缺陷的在禁带中的能级 半导体的晶格结构和结合性质 - 1.1 半导体中的电子状态和能带 - 1.2 半导体中电子的运动和有效质量 - 1.3 -1.4 回旋共振 - 1.5 半导体的能带结构 - 1.6-1.8 半导体中杂质和缺陷能级 - 2.1-2.3 半导体物理半导体物理半导体中的电子能量状态半导体中的电子能量状态 1 2 2 2 * 1 dk Ed h m * 22 2 )( e c m kh EkE 2N 6N 4N 4N a0 s 2N p 6N 能量能量 价带价带