位錯(cuò)對(duì)半導(dǎo)體的影響――材料科學(xué)基礎(chǔ)

1、半導(dǎo)體中位錯(cuò)的影響 張輝理想完整晶體中，原子按一定的次序嚴(yán)格地處在空間有規(guī)則的、周期性的格點(diǎn) 上。但在實(shí)際的晶體中，由于晶體形成條件、原子的熱運(yùn)動(dòng)及其它條件的影 響，原子的排列不可能那樣完整和規(guī)則，往往存在偏離了理想晶體結(jié)構(gòu)的區(qū) 域。這些與完整周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的偏離就是晶體中的缺陷，它破壞了晶體的對(duì) 稱性。其中晶體缺陷包括 3 種：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。位錯(cuò) 是典型的線位錯(cuò)，有刃型位錯(cuò)、螺旋位錯(cuò)。晶體中沿某一條線附近的原子 排列偏離了理想的晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，從而在一維方向上構(gòu)成一定尺度的結(jié)構(gòu)缺 陷。這種缺陷只在一個(gè)方向上延伸，又稱為一維缺陷。位錯(cuò)對(duì)半導(dǎo)體的影響有以下四方面：1. 位錯(cuò)可起一定的施主

2、和受主作用：Si 、 Ge中的 60o 棱位錯(cuò)存在有一串懸掛鍵 , 可以接受電子而成為一串負(fù)電 中心 , 起受主作用，也可以失去電子而成為一串正電中心 , 起施主作用；這些 受主或施主串形成的能級(jí)實(shí)際上組成一個(gè)一維的很窄的能帶。不過(guò) , 單純的位 錯(cuò)即使?jié)舛冗_(dá)到 105/cm2, 它所提供的載流子濃度也只是約 1012/cm3 ，故對(duì)半 導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的影響實(shí)際上不大；但是 , 當(dāng)位錯(cuò)密度較高時(shí) , 它將對(duì) n- 型半 導(dǎo)體中的施主有補(bǔ)償作用 , 使電子濃度降低（對(duì) p- 型半導(dǎo)體未發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)的補(bǔ)償 作用）。注解：60o棱位錯(cuò)： 半導(dǎo)體 Si 、Ge晶體中最簡(jiǎn)單的一種位錯(cuò)就是 60 度棱位錯(cuò)。

3、因?yàn)樵?（111 晶面內(nèi)，位錯(cuò)線的方向是 <110>方向，該方向與晶面滑移方向互相 構(gòu)成 60 度的夾角，故有 60 度棱位錯(cuò)之稱。懸掛鍵： 一般晶體因晶格在表面 處突然終止，在表面的最外層的每個(gè)原子將有一個(gè)未配對(duì)的電子，即有一個(gè)未 飽和的鍵，這個(gè)鍵稱為懸掛鍵。位錯(cuò)密度： 穿過(guò)單位截面積的位錯(cuò)線數(shù)目，單位也是1/平方厘米2. 位錯(cuò)是散射載流子的中心：位錯(cuò)除了有一定的施主、受主和雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)淖饔靡酝?，位錯(cuò)所造成的晶格 畸變是散射載流子的中心 , 將嚴(yán)重散射載流子 , 影響遷移率 ; 不過(guò)在位錯(cuò)密度 <108/cm2 時(shí), 這種散射作用可忽略。但在 n-型 Si 中, 位錯(cuò)作為受主

4、中心電離 后即形成一條帶負(fù)電的線 , 這將對(duì)載流子產(chǎn)生各向異性的散射作用。3. 位錯(cuò)起復(fù)合中心作用：位錯(cuò)在半導(dǎo)體中形成的都是深能級(jí) , 起著復(fù)合中心的作用，將促進(jìn)載流子 的復(fù)合。注解 ：深能級(jí) 是指靠近導(dǎo)帶的空穴束縛態(tài)，或能量很接近價(jià)帶頂?shù)碾娮邮`態(tài)復(fù)合中心 是半導(dǎo)體中能夠促進(jìn)非平衡載流子復(fù)合（即電子、空穴成對(duì)消失）的一類雜質(zhì)或缺陷。復(fù)合中心的能級(jí)是處在禁帶中較深的位置（即靠近禁 帶中央），故復(fù)合中心雜質(zhì)往往又稱為深能級(jí)雜質(zhì)4. 位錯(cuò)將促進(jìn)雜質(zhì)的沉積：位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)與雜質(zhì)的相互作用 中溶解度小、擴(kuò)散快的重金屬雜質(zhì) 這就將形成大量的深能級(jí)復(fù)合中心使得雜質(zhì)優(yōu)先沿位錯(cuò)線沉積 ; 特別是在 Si （Cu 、Fe、Au 等, 更容易沉積在位錯(cuò)線上。甚至引起導(dǎo)電通道。如果有一定量的 C、 O或 N 原