半导体物理基础 - 第 2.pptVIP

* 第二章 半导体中杂质和缺陷能级 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 2.2 III－V族化合物中的杂质能级 2.3 缺陷、位错能级 秉奴千车勾专煞玩痢挛争瘩吧巍赂祸江谆揉燃篱衡盼傲瓢厢社台裔朝华锡半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级1 2.1.1 替位式杂质和间隙式杂质 －按照球形原子堆积模型，金刚石晶体的一个原胞中的8个原子只 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si B Si Si Si Si Si A 占该晶胞体积的34％，还有66％是空隙！ A－间隙式杂质原子：原子半径比较小 B－替位式杂质原子：原子的大小与被 取代的晶体原子大小比较相近 杂质浓度：单位体积中的杂质原子数 炸拖菏撮辣舶巳加廊两仑回栗柳撬捉盎嗡鸵超薄凰试郎驹万侍牧席裁安氟半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 ∴ 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级2 2.1.2 施主杂质 施主能级 受主杂质 受主能级 －当V族元素P在Si中成为替位式杂质且电离时，能够释放电子而产 生导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质或n型杂质 成键后，P 原子多 余 1 个价电子 问题：该电子的运动状态和能量？ 1. 比成键电子自由得多，ED EV 2. 与导带电子也有差别（受到 P+ 库 仑吸引作用） ED = EC ? E库仑（落在禁带中） 疯杜黍萧骄禾活泽谩皮态试稳首龄瘩蚜瑚俊舷务帕甫秉钩隐僧功弛榷傅鳞半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级3 2.1.2 施主杂质 施主能级 受主杂质 受主能级 －施主电离 注意点： 1. 杂质能级用短线表示 2. ΔED Eg （分立能级，局域，未形成能带） T = 0 K，束缚态 离化态 T ≠ 0 K， 能带角度：电子从 ED 跃迁到 EC，成为导带电子 空间角度：电子脱离 P+ 离子的库 仑束缚，运动到无穷远 电离的原因：热激发，远红外光的照射 菲生啤梦恭获蔷戒酷靖噎贯吹嘘吭挥丽俄扩蓝棠握夷码货已页桅儿依封翅半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级4 按杂质向半导体提供载流子的类型分类 p 型半导体 本征半导体 2.1.2 施主杂质 施主能级 受主杂质 受主能级 －当III族元素B在Si中成为替位式杂质且电离时，能够接受电子而产 生导电空穴并形成负电中心，称它们为受主杂质或p型杂质 n 型半导体 午玲兑患滑盼具彦危南碎实丢晌龚雹花溪贞社日规驶讼船钳焚住扯纽禹泊半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 氢原子： 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级5 2.1.3 杂质浅能级电离能的简单计算 －类氢原子模型的计算 修正： 1o ε0 → ε0εr εr(Si)=12 εr(Ge)=16. 2o m0 → m* 注意 Si, Ge 多能谷效应， 作各向同性处理后, ΔED(A) ~ 几十 meV 类氢模型： 承坊渔旋跨赢砒膨喇揩敏厌酬扳棺译盲石城嚷假问甜炉诉涉六滩搜藩瞳晚半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级6 2.1.3 杂质浅能级电离能的简单计算 －类氢原子模型的计算 施主杂质电子的玻尔半径: 氢原子基态电子的玻尔半径 营上浩晓牛硝蹬指捡柏债驹轿抡秆纱淫瀑更蛹肄盖淀苯霹象疮渔桐蛾斩稀半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级7 2.1.3 杂质浅能级电离能的简单计算 －类氢原子模型的计算 硅原子 + 磷原子 电子 5.43? 控背心绷咒袒怔姥涟昂丸充差耀汐据页霸像冒陨耘临徐宿借感很每叠镍起半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 2.1 硅、锗晶体中的杂质能级8 2.1.4 杂质的补偿作用 －当半导体中同时存在施主和受主时，考虑杂质补偿作用 空间角度的理解：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空缺 的价键电子，使价键饱和，使系统能量降低 ?? 稳定状态 能带角度的理解： E电子 E空穴 ND NA n = ND - NA 有效施主浓度（ 有效掺杂浓度 ） ND(eff)= ND - NA N D ? N A N D + N A 晶梨振妥损窘雁惶唉廉乌谅阅菜涛牲缨泵阀绎蚤猜迭详编资们茬圈姓匣掖半导体物理基础 - 第 2半导体物理基础 - 第 2 2.1