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第二章半导体中的杂质和缺陷能级水至清则无鱼,人至察则无徒”(班固《汉书东方朔传》),半导体至纯则难用。半导体的实用价值,在于其物理性质对杂质和缺陷的灵敏依赖性,因而要通过杂质和缺陷的可控调节来实现。由于痕量杂质和缺陷的存在也会改变结晶半导体中的周期势场,在禁带中引入电子的允许状态(能级),从而改变材料的电子特性,因而用高科技手段实现对半导体材料杂质和缺陷的精确控制,是半导体材料实用化的基础。精确控制的含义,首先是高纯度、低缺陷密度材料的制备,然后是可控掺杂和必要时的微缺陷再生。载流子的密度(density),迁移率(mobility),非平衡条件下产生的额外载流子(excesscarriers),寿命(lifetime)主要受到杂质或缺陷作用。Conductionband施、受主作用—density散射作用—mobility复合作用—-lifetime3EEEValenceband由于杂质和缺陷的存在,会使严格按周期性排列的原子所产生的周期性势场受到破坏,有可能在禁带中引入允许电子具有的能量状态(即能级)。正是由于杂质和缺陷能级能够在禁带中引入能级,才使它们对半导体的性质产生决定性的影响。§21半导体中杂质和缺陷的施、受主作用一、真实晶体及其禁带中的允许能级1、杂质和缺陷存在的可能性金刚石和闪锌矿晶格的原子占空比为40.34在金刚石型的晶体还有近2/3的空隙.杂质原子的存在方式:(1)、间隙式:杂质原子位于晶格原子间的间隙位置,常称为间隙式杂质;(2)、替位式:杂质原子取代晶格原子而位于晶格格点处,常称为替位式杂质。半径较小的杂质原子一般占据间隙位置。譬如,离子锂(L)的半径为o.068nm,在硅、锗、砷化镓等半导体中皆是间隙式杂质。大小和外层电子结构都与基质原子比较相近的杂质一般容易采取替位式。譬如,硅、锗是Ⅳ族元素,与Ⅲ、V族元素的情况比较相近,所以Ⅲ、V族元素在硅、锗晶体中都是替位杂质1SiSSS空位和填隙缺陷的类型替位在一定温度下,点阵原子有一定几率

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