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文档简介
掺杂原子与能级掺杂原子与能级掺入施主杂质的半导体，施主能级Ed上的电子获得能量ΔEd后由束缚态跃迁到导带成为导电电子，因此施主能级Ed位于比导带底Ec低ΔEd的禁带中，且ΔEd<<Eg。对于掺入Ⅲ族元素的半导体，被受主杂质束缚的空穴能量状态(称为受主能级Ea)位于比价带顶Ev低ΔEa的禁带中,ΔEa<<Eg，当受主能级上的空穴得到能量ΔEa后，就从受主的束缚态跃迁到价带成为导电空穴。
(a)施主能级和施主电离(b)受主能级和受主电离图
杂质能级和杂质电离如果Si、Ge中的Ⅲ、Ⅴ族杂质浓度不太高，在包括室温的相当宽的温度范围内，杂质几乎全部离化。通常情况下半导体中杂质浓度不是特别高，半导体中杂质分布很稀疏，因此不必考虑杂质原子间的相互作用，被杂质原子束缚的电子(空穴)就像单个原子中的电子一样，处在互相分离、能量相等的杂质能级上而不形成杂质能带——非简并半导体。当杂质浓度很高(称为重掺杂)时，杂质能级才会交叠，形成杂质能带——简并半导体。电子占据施主能级的几率
杂质半导体中，施主杂质和受主杂质要么处于未离化的中性态，要么电离成为离化态。以施主杂质为例，对施主电子来说，每个施主能级都有两种可能的自旋方向，每个施主能级就对应两种量子态。当把其中一个电子放入其中一个量子态上之后，就排除了将其他电子放入第二个量子态的可能，这种情况下电子占据施主能级的几率为上式表明施主杂质的离化情况与杂质能级Ed和费米能级EF的相对位置有关；如果Ed-EF>>kT，则未电离施主浓度nd≈0，而电离施主浓度nd+
≈Nd，杂质几乎全部电离。如果费米能级EF与施主能级Ed重合时，施主杂质有1/3电离，还有2/3没有电离。如果施主杂质浓度为Nd
，那么施主能级上的电子浓度为而电离施主杂质浓度为杂质半导体载流子浓度（n型：电中性条件）
n型半导体中存在着带负电的导带电子(浓度为n0)、带正电的价带空穴(浓度为p0)和离化的施主杂质(浓度为nd+)，因此电中性条件为即将n0、p0、nd+各表达式代入可得到一般求解此式是有困难的。实验表明，当满足Si中掺杂浓度不太高并且所处的温度高于100K左右的条件时，那么杂质一般是全部离化的，这样电中性条件可以写成与n0p0＝ni2联立求解，杂质全部离化时的导带电子浓度n0
一般Si平面三极管中掺杂浓度不低于5×1014cm-3，而室温下Si的本征载流子浓度ni为1.5×1010cm-3，也就是说在一个相当宽的温度范围内，本征激发产生的ni与全部电离的施主浓度Nd相比是可以忽略的。这一温度范围约为100～450K，称为强电离区或饱和区，对应的电子浓度为：Nd；参看例4.7；强电离区导带电子浓度n0＝Nd，与温度几乎无关。上式代入n0表达式，得到变形得到一般n型半导体的EF位于Ei之上Ec之下的禁带中。EF既与温度有关，也与杂质浓度Nd有关：一定温度下掺杂浓度越高，费米能级EF距导带底Ec越近；如果掺杂一定，温度越高EF距Ec越远，也就是越趋向Ei。n型和p型费米能级的位置与
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