半导体中的杂质和缺陷 .pptVIP

§2.1.6 深能级杂质 深能级杂质：非ⅢⅤ族杂质在Si、Ge的禁带中产生的施主能级远离导带底，受主能级远离价带顶。杂质电离能大，能够产生多次电离 第三十页，共52页 （1）浅能级杂质 △ED《Eg △EA《Eg （2）深能级杂质 △ED≮Eg △EA≮Eg §2.1.6 深能级杂质 第三十一页，共52页 例如：在Ge中掺Au Au的电子组态为：5s25p65d106s1 §2.1.6 深能级杂质 第三十二页，共52页 1，Au失去一个电子－－－施主 Au0 – e＝ Au+ ED=EV+0.04eV §2.1.6 深能级杂质 Ec Ev ED 第三十三页，共52页 2，Au获得一个电子－－－受主 Au0 ＋e＝ Au- EA1= EV + 0.15eV §2.1.6 深能级杂质 Ec Ev ED EA1 第三十四页，共52页 3，Au获得第二个电子 Au- ＋e＝ Au-- EA2=EC－0.2eV §2.1.6 深能级杂质 Ec Ev ED EA1 EA2 第三十五页，共52页 4，Au获得第三个电子 Au-- ＋e＝ Au--- Ec Ev ED EA3=EC－0.04eV §2.1.6 深能级杂质 EA1 EA2 EA3 第三十六页，共52页 §2.1.6 深能级杂质 三个基本特点： 一、是不容易电离，对载流子浓度影响不大； 二、一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级也产生受主能级。 三、能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降低（在第五章详细讨论）。 四、深能级杂质电离后为带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减少，导电性能下降。 第三十七页，共52页 -*- * 信息学院电子系微电子专业必修课程 SHARED COMMITMENT. SHARED RESOURCES. ONE SOLUTION. -*- * 信息学院电子系微电子专业必修课程 半导体中的杂质和缺陷 第一页，共52页 第二章 半导体中杂质和缺陷能级 实际材料中 总是有杂质、缺陷，使周期场破坏，在杂质或缺陷周围引起局部性的量子态——对应的能级常常处在禁带中，对半导体的性质起着决定性的影响。 第二页，共52页 杂质能级位于禁带之中 Ec Ev 杂质能级 第三页，共52页 杂质和缺陷 原子的周期性势场受到破坏 在禁带中引入能级 决定半导体的物理和化学性质 第四页，共52页 §2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 §2.1.1 替位式杂质 间隙式杂质 一个晶胞中包含有八个硅原子，若近似地把原子看成是半径为r的圆球，则可以计算出这八个原子占据晶胞空间的百分数如下： 说明，在金刚石型晶体中一个晶胞内的8个原子只占有晶胞体积的34%，还有66%是空隙 第五页，共52页 §2.1.1 替位式杂质 间隙式杂质 金刚石型晶体结构中的两种空隙如图2-1所示。这些空隙通常称为间隙位置 第六页，共52页 §2.1.1 替位式杂质 间隙式杂质 杂质原子进入半导体硅后，以两种方式存在 一种方式是杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，常称为间隙式杂质（A） 另一种方式是杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，常称为替位式杂质（B） 第七页，共52页 §2.1.1 替位式杂质 间隙式杂质 两种杂质特点： 间隙式杂质原子一般比较小，如：锂离子，0.068nm 替位式杂质： 1）杂质原子的大小与被取代的晶格原子的大小比较相近 2）价电子壳层结构比较相近 如：ⅢⅤ族元素 第八页，共52页 §2.1.2 施主杂质 施主能级 Ⅴ族杂质在硅、锗中电离时，能够施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 第九页，共52页 §2.1.2 施主杂质 施主能级 以硅中掺磷P为例： 磷原子占据硅原子的位置。磷原子有五个价电子。其中四个价电子与周围的四个硅原于形成共价键，还剩余一个价电子。 这个多余的价电子就束缚在正电中心P＋的周围。价电子只要很少能量就可挣脱束缚，成为导电电子在晶格中自由运动 这时磷原子就成为少了一个价电子的磷离子P＋，它是一个不能移动的正电中心。 第十页，共52页 在Si单晶中，V族施主替位杂质两种荷电状态的价键图 第十一页，共52页 §2.1.2 施主杂质 施主能级 上述电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离 这个多余的价电子挣脱束缚成为导电电子所需要的能量称为杂质电离能 施主杂质电离后成为不