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问题四 • Si、Ge的能带结构 • GaAs的能带结构 • 混合晶体能带结构 • Si1-x Ge x混合晶体的能带结构 • 宽禁带半导体材料 大数据与信息工程学院电子科学系 第二章 半导体中的杂质和缺陷能级 • 晶体中的缺陷 • 硅、锗中的杂质能级 • Ⅲ-Ⅴ族化合物中杂质的能级 • GaN、AlN和SiC中的杂质能级 • 缺陷、位错能级 大数据与信息工程学院电子科学系 2.1 晶体中的缺陷 • 点缺陷 • 线缺陷—位错 • 面缺陷 • 离子晶体中的缺陷和离子性导电 大数据与信息工程学院电子科学系 • 完美晶体 （理想晶体）：所有原子或离子都排 列在晶格中它们自己的位置上，没有外来的杂 质；晶体的原子之比符合化学计量比。 • 实际晶体：与理想晶体有一些差异。或多或少 地存在这样那样的缺陷。 • 晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性， 引起晶体内能U和熵S增加。 大数据与信息工程学院电子科学系 • 按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为点 缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，它们分 别取决于缺陷的延伸范围是零维、一维、 二维还是三维。 • 每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影 响。例如，点缺陷会影响晶体的电学、光 学和机械性能；线缺陷会严重影响晶体的 强度、电性能等。 大数据与信息工程学院电子科学系 • 点缺陷—晶体周期性被破坏的程度在一个点附近 一至几个原子间距范围。 • 点缺陷的类型： • 热缺陷—原子热运动所产生。 • 杂质—晶体中的外来原子。 • 色心—一种引原子化学计量比不符而起晶体颜色 改变的点缺陷。 • 极化子—晶体中存在多余电子时引起的晶格畸变 。 大数据与信息工程学院电子科学系 • 热缺陷 • 热缺陷由于晶格热运动而产生的点缺陷.包含 空位、填隙原子和夫仑克尔缺陷。 • 1）空位（Schottky缺陷）2 ）Frenkel缺陷：空 和填隙原子 位—填隙原子对 大数据与信息工程学院电子科学系 • 杂质原子 • 当晶体中的杂质以原子状态在晶体中存在时, 也会引 起晶格周期性的破坏, 形成点缺陷，称为杂质原子. • 替位式杂质 （代位式杂质）. • 填隙式杂质. K＋ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ Ca2 ＋ K＋ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ Ca2+ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ K＋ Cl－ 大数据与信息工程学院电子科学系 • 色心 • 色心是一种非化学计量比引起的空位缺陷。该空位能 够吸收可见光使原来透明的晶体出现颜色，因而称它 们为色心. Cl－ Na＋ Cl－ Na＋ Cl－ Na＋ Na＋ Cl－ Na＋ -e N