复习闪卡半导体物理第二章

1、电子工程系EE 半导体物理半导体物理 复习闪卡复习闪卡 第二章第二章 半导体中杂质和缺陷能级半导体中杂质和缺陷能级 1 20152015年年1010月月 电子工程系EE 硅、锗晶体中的杂质能级硅、锗晶体中的杂质能级 2 &硅、锗晶硅、锗晶 体中的杂体中的杂 质能级质能级 &化合物半导化合物半导 体中的杂质体中的杂质 能级能级 &缺陷、位错缺陷、位错 能级能级 &小结小结 杂质存在的方式杂质存在的方式 电子工程系EE 硅、锗晶体中的杂质能级硅、锗晶体中的杂质能级 3 Si Si Si Si Si Si Si P Si Li 半导体中杂质半导体中杂质 电子工程系EE 4 间隙式杂质、替位式杂质间隙

2、式杂质、替位式杂质 B B 替位式杂质替位式杂质 原子大小与被取代的原子大小与被取代的 晶体原子大小晶体原子大小_ A A 间隙式杂质间隙式杂质 原子半径原子半径_ 硅、锗晶体中的杂质能级硅、锗晶体中的杂质能级 电子工程系EE _族的替位杂质族的替位杂质 在硅在硅Si Si中掺入中掺入P P Si Si Si Si Si Si Si P+ Si 电离后：电离后： 磷原子替代硅原子磷原子替代硅原子 后，形成一个后，形成一个_ 和一个和一个_。 硅、锗晶体中的杂质能级硅、锗晶体中的杂质能级 施主杂质、施主能级施主杂质、施主能级 含有施主杂质的半导体，其导电的载流子主要含有施主杂质的半导体，其导电的

3、载流子主要 是是_,_,被称为被称为_型半导体，型半导体，或或_ 电子工程系EE 6 施主杂质、施主能级施主杂质、施主能级 被施主杂质束缚的电子的能量比被施主杂质束缚的电子的能量比_略略 低，称为低，称为 E？ E ED D= =弱束缚的电子摆脱杂质原子束缚成为弱束缚的电子摆脱杂质原子束缚成为 晶格中自由运动的电子（导带中的电子）所晶格中自由运动的电子（导带中的电子）所 需要的能量。需要的能量。ED =？ ？ 6 E？ E？ E？ 电子工程系EE 7 在在Si Si中掺入中掺入B B _族替位杂质族替位杂质受主杂质受主杂质 B B获得一个电子变成获得一个电子变成_， 周围产生带周围产生带_电的

4、电的_。 B B E? 受主杂质、受主能级受主杂质、受主能级 受主杂质向价带提供受主杂质向价带提供_。 被受主杂质束缚的空穴能量比价带顶被受主杂质束缚的空穴能量比价带顶E E? ?_ ，称，称 为为，E E? ? 电子工程系EE 8 E? E? E? 受主电离能受主电离能 E EA A= =空穴摆脱受主杂质束缚成为导电空穴空穴摆脱受主杂质束缚成为导电空穴 所需要的能量所需要的能量EA =？ ？ 受主杂质、受主能级受主杂质、受主能级 含有受主杂质的半导体，其导电的载流子主要含有受主杂质的半导体，其导电的载流子主要 是是_, _, 被称为被称为_型半导体，型半导体，或或_。 电子工程系EE N N

5、型、型、P P型半导体的特征型半导体的特征 9 EC ED EV EA - + - + N N型半导体型半导体特征：特征： a a 施主杂质电离，导带中出现施主施主杂质电离，导带中出现施主 提供的导电电子提供的导电电子 b b 电子浓度电子浓度n n 空穴浓度空穴浓度p p P P 型半导体型半导体特征：特征： a a 受主杂质电离，价带中出现受主受主杂质电离，价带中出现受主 提供的导电空穴提供的导电空穴 b b空穴浓度空穴浓度p p 电子浓度电子浓度n n N N型和型和P P型半导体都称为型半导体都称为极性半导体极性半导体 Eg 多子：多数载流子多子：多数载流子 少子：少子：少数载流子少数

6、载流子 N N型半导体型半导体导带电子数由施主决导带电子数由施主决 定，半导体导电的载流子主要是定，半导体导电的载流子主要是 电子。电子为电子。电子为多子多子，空穴为，空穴为少子少子。 P P型半导体型半导体价带空穴数由受主决价带空穴数由受主决 定，半导体导电的载流子主要是定，半导体导电的载流子主要是 空穴。空穴为多子，电子为少子。空穴。空穴为多子，电子为少子。 电子工程系EE 10 杂质激发、杂质半导体杂质激发、杂质半导体 本征激发、本征半导体本征激发、本征半导体 杂质半导体杂质半导体 杂质半导体中杂质载流子浓度杂质半导体中杂质载流子浓度_本征载流子浓度本征载流子浓度 Si Si 在室温下，

7、本征载流子浓度为在室温下，本征载流子浓度为?/cm?/cm3 3 电子工程系EE 11 施主杂质：? 受主杂质：? 浅能级杂质浅能级杂质 杂质的双重作用： u改变半导体的? u决定半导体的? 杂质能级在禁带中的位置 电子工程系EE 杂质的补偿作用杂质的补偿作用 12 EcEc E ED D 电离施主电离施主 电离受主电离受主 EvEv (1) N(1) ND DN NA A 半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受主之间半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受主之间 有互相抵消的作用，即杂质的补偿作用有互相抵消的作用，即杂质的补偿作用 E EA A 有效的施主浓度有效的施主浓度 n=_, n=

8、_, 此时半导体为此时半导体为_ 型型. . 电子工程系EE 13 EcEc EDED EAEA EvEv 电离施主电离施主 电离受主电离受主 (2) N(2) ND DNNA A 杂质的补偿作用杂质的补偿作用 有效受主浓度有效受主浓度p=_p=_, , 此时半导体为此时半导体为_型半导体型半导体 电子工程系EE 14 (3) N(3) ND DNNA A 杂质的高度补偿杂质的高度补偿 EcEc EDED EAEA EvEv 本征激发本征激发 产生的导产生的导 带电子带电子 本征激发本征激发 产生的价产生的价 带空穴带空穴 杂质的补偿作用杂质的补偿作用 电子工程系EE 深能级杂质深能级杂质 1

9、5 浅能级杂质浅能级杂质 深能级杂质深能级杂质能级能级_ 导带底导带底E EC C或价带顶或价带顶E EV V ，杂 ，杂 质质电离能电离能_ 典型的深能级杂质元素典型的深能级杂质元素 有有: ?: ? E EC C E ED D E EV V E EA A E Eg g E EC C E EA A E EV V E ED D E Eg g 电子工程系EE 缺陷、位错能级缺陷、位错能级 缺陷对材料性能有重要的影响缺陷对材料性能有重要的影响 理想晶体理想晶体：? ? 实际晶体实际晶体：? ? 缺陷的类型缺陷的类型 点缺陷：空位、间隙原子 线缺陷：位错 面缺陷：层错、晶界 电子工程系EE &硅、锗

10、晶体硅、锗晶体 中的杂质能中的杂质能 级级 &化合物半导化合物半导 体中的杂质体中的杂质 能级能级 &缺陷、位缺陷、位 错能级错能级 &小结小结 缺陷、位错能级缺陷、位错能级 杂质缺陷杂质缺陷( (组成缺陷组成缺陷 ）: : 外来原子进入主晶格产生的缺陷。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性，杂质原子在晶体中占据两种位置. . 空位空位 原子的空位起受主受主作用 Si Si Si Si Si Si Si Si 填隙填隙

11、间隙原子缺陷起施主施主作用 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si 电子工程系EE 18 （1 1）弗伦克尔缺陷（）弗伦克尔缺陷（FrenkelFrenkel） 原子进入晶格的间隙位置，空位和间隙原子同时出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。产生密度变化。 特点：空位与间隙粒子成对出现，数量相等，晶体体积特点：空位与间隙粒子成对出现，数量相等，晶体体积 不发生变化。不发生变化。 热缺陷（晶格位置缺陷热缺陷（晶格位置缺陷) ) 缺陷、位错能级缺陷、位错能级 &

12、硅、锗晶体硅、锗晶体 中的杂质能中的杂质能 级级 &化合物半导化合物半导 体中的杂质体中的杂质 能级能级 &缺陷、位缺陷、位 错能级错能级 &小结小结 电子工程系EE 19 ( (2 2）肖特基缺陷（）肖特基缺陷（SchottkySchottky） 表面层原子获得较大能量，离开原来格点位跑到表面外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子就依次填入，结果表面上的空位逐渐转移到内部 去。去。 特点：晶体表面增加了新的原子层，晶体内部只有特点：晶体表面增加

13、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。空位缺陷。晶体体积膨胀，密度下降。 &硅、锗晶体硅、锗晶体 中的杂质能中的杂质能 级级 &化合物半导化合物半导 体中的杂质体中的杂质 能级能级 &缺陷、位缺陷、位 错能级错能级 &小结小结 缺陷、位错能级缺陷、位错能级 电子工程系EE 20 点缺陷和位错点缺陷和位错 点缺陷：点缺陷：在三维尺寸均很小，只在某些位置发生，只在三维尺寸均很小，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影响邻近几个原子。是处于原子大小数量级上的缺 陷。陷。 线缺陷（位错线缺陷（位错) )：缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维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中的周期方向上很短。在一维方向上偏离理想晶体中的周期 性、规则性排列所产生的缺陷。这种线缺陷又称位性、规则性排列所产生的缺陷。这种线缺陷又称位 错。错。 面缺陷（层错）面缺陷（层错）：在密排晶面上缺少或多余一层原子：在密排晶面上缺少或多余一层原子 而构成的缺陷。而构成的缺陷。 &硅、锗晶体硅、锗晶体 中的杂质能中的杂质能 级级