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文档简介
硅、锗晶体中的杂质能级2024/5/172硅、锗晶体中的杂质能级受主杂质受主能级以硅中掺硼B为例:B原子占据硅原子的位置。磷原子有三个价电子。与周围的四个硅原于形成共价键时还缺一个电子,就从别处夺取价电子,这就在Si形成了一个空穴。这时B原子就成为多了一个价电子的磷离子B-,它是一个不能移动的负电中心。空穴束缚在负电中心B-的周围。空穴只要很少能量就可挣脱束缚,成为导电空穴在晶格中自由运动。2024/5/173硅、锗晶体中的杂质能级Ⅲ族杂质在硅、锗中能够接受电子而产生导电空穴,并形成负电中心,所以称它们为受主杂质或p型杂质。使空穴挣脱束缚成为导电空穴所需要的能量称为受主杂质电离能。受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子,同时向价带提供空穴,使半导体成为空穴导电的p型半导体。2024/5/1742.1硅、锗晶体中的杂质能级受主杂质的电离过程,可以用能带图表示如图2-6所示.当空穴得到能量后,就从受主的束缚态跃迁到价带成为导电空穴,所以电子被受主杂质束缚时的能量比价带顶高。将被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级,记为,所以受主能级位于离价带顶很近的禁带中受主杂质电离能2024/5/175硅、锗晶体中的杂质能级硅、锗晶体中Ⅲ族杂质的电离能2024/5/1762.1硅、锗晶体中的杂质能级按杂质向半导体提供载流子的类型分类n型半导体:以电子导电为主本征半导体p型半导体:以空穴导电为主2024/5/1772.1硅、锗晶体中的杂质能级4.浅能级杂质电离能的简单计算Ⅲ、Ⅴ族杂质在硅、锗中的ΔEA
、ΔED都很小,即施主能级ED距导带底EC很近,受主能级EA距价带顶EV很近,这样的杂质能级称为浅能级,相应的杂质就称为浅能级杂质。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,晶格原子热振动的能量会传递给电子,使杂质几乎全部电离。2024/5/1782.1硅、锗晶体中的杂质能级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。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。2024/5/1792.1硅、锗晶体中的杂质能级类氢模型2024/5/17102.1硅、锗晶体中的杂质能级2024/5/17112.1硅、锗晶体中的杂质能级5.杂质的补偿作用如果在半导体中既掺入施主杂质,又掺入受主杂质,施主杂质和受主杂质具有相互抵消的作用,称为杂质的补偿作用。从价键角度理解:
施主周围有多余的价电子,受主周围缺少价电子,施主多余的价电子正好填充受主周围的空缺,使价键饱和,这个时候系统的能量降低,处于稳定状态。2024/5/17122.1硅、锗晶体中的杂质能级从能带角度理解:对于杂质补偿的半导体,若ND>NA:(a)T=0K电子按顺序填充能量由低到高的各个能级,由于受主能级EA比施主能级ED低,电子将先填满受主能级EA,然后再填充施主能级ED,因此施主能级上的电子浓度为ND-NA
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