半导体中的杂质能级

第1页2010年11月16日星期二3、高阻的本征半导体材料和高阻的高度补偿的半导体材料的区别是什么？(2006)1深能级杂质和浅能级杂质概念（西交大）1以硅为例，举例说明掺入浅能级和深能级杂质的目的和作用？（西电）

第2页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂1.施主杂质和施主能级1）施主杂质施主掺杂又称为N型掺杂能够向晶体提供电子同时自身成为带正电的离子的杂质，一般为五价的磷（P）或砷（As）原子

第3页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂1.施主杂质和施主能级2）施主能级由于施主杂质的掺入而在半导体带隙中新引入的电子能级P原子周围多余的电子由于受正离子的吸引，能量较导带电子能量要低，同时，吸引作用比共价键结合要弱，因此能量较价带电子要高，因此，施主能级位于带隙中

第4页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂1.施主杂质和施主能级3）施主的电离和电离能电离：施主向导带释放电子的过程。未电离前，施主能级是被电子占据的电离所需要的最小能量称为电离能，通常为导带底与施主能级之差

第5页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂1.施主杂质和施主能级4）施主的特征施主未电离前，施主能级是被电子占据并保持电中性，电离后向导带释放电子并带正电

第6页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂2.受主杂质和受主能级1）受主杂质受主杂质掺杂又称为P型掺杂能够为晶体提供电子空位（空穴），同时自身成为带负电的离子的杂质，一般为三价的硼（B）原子

第7页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂2.受主杂质和受主能级2）受主能级由于受主杂质掺入而在半导体带隙中新引入的电子能级，该能级未占据电子，是空的，容易从价带获得电子B原子多出的电子空位很容易接受价带电子，形成较强的共价键，因此较导带更接近价带

第8页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂2.受主杂质和受主能级3）受主电离和电离能受主能级从价带接受电子的过程称为受主的电离，未电离前，未被电子占据电离所需要的最小能量即为受主电离能，为价带顶与受主能级之差

第9页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂2.受主杂质和受主能级4）受主杂质的特点受主未电离前，受主杂质保持电中性，受主能级未被电子占据；电离后，从价带接受电子，受主能级被电子占据，受主杂质带负电。

第10页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂3.施主杂质与受主杂质之比较1）杂质的带电性未电离：均为电中性电离后：施主失去电子带正电，受主得到电子带负电2）杂质能级的电子占据未电离：施主能级满，受主能级空电离后：施主能级空，受主能级满3）对载流子数的影响掺入施主后：电子数大于空穴数掺入受主后：电子数小于空穴数

第11页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂4.浅能级杂质与深能级杂质半导体中掺入杂质后会在禁带中引入新的能级，如果掺入的杂质的电离能很小，则称该杂质为浅能级杂质，杂质的电离能很大，则称为深能级杂质ED1ED2EA2EA1

第12页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂4.浅能级杂质与深能级杂质浅能级施主能级靠近导带，浅能级受主靠近价带；深能级施主能级则往往位于禁带下部分，深能级受主能级位于禁带上半部分多重能级特性：一些深能级杂质会产生多次电离，从而产生多重能级，但一次电离能总是小于二次电离能

第13页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂5.杂质的补偿作用

第14页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂5.杂质的补偿作用1）施主浓度远远大于受主浓度时，半导体呈N型2）受主浓度远远大于施主浓度时，半导体呈P型3）半导体中同时存在施主和受主杂质时，补偿作用首先起作用4）利用半导体杂质的补偿作用，可以改变半导体的导电类型

第15页2010年11月16日星期二§2.1半导体的杂质和掺杂6.Au在Si中的掺杂作用1）Au元素杂质