硅的制備及其晶體結(jié)構(gòu)

1、天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)晶體的概念及硅材料的特點(diǎn)晶體的概念及硅材料的特點(diǎn)1單晶硅片的制備單晶硅片的制備23硅晶體中的雜質(zhì)硅晶體中的雜質(zhì)45硅晶體中的缺陷硅晶體中的缺陷單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Chap.1 硅的制備及其晶體結(jié)構(gòu)天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)氣態(tài)（氣態(tài)（gas stategas state）液態(tài)（液態(tài)（liquid stateliquid state）固態(tài)（固態(tài)（solid statesolid state）等離子體（等離子體（plasmaplasma）物質(zhì)物質(zhì)substancesubstance晶體（晶體（crystalcrystal）非晶體、無定形體非晶體、無定形體（

2、amorphous solidamorphous solid）單晶：水晶、金剛石、單晶硅單晶：水晶、金剛石、單晶硅多晶：金屬、陶瓷多晶：金屬、陶瓷晶體（晶體（crystalcrystal）物質(zhì)存在形式及晶體的概念天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)無定形體和晶體天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)多晶體天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)天然單晶體天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)l 晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)的基本特征基本特征：原子（或分子、離子）在三維空間：原子（或分子、離子）在三維空間 呈周期性重復(fù)排列（呈周期性重復(fù)排列（periodic repeated array） ， 即存在長(zhǎng)程有序（即存在長(zhǎng)程有序（long-range order）

3、l 性能上性能上兩大特點(diǎn)兩大特點(diǎn)：固定的熔點(diǎn)（：固定的熔點(diǎn)（melting point）, 各向異性（各向異性（anisotropy）晶體的特點(diǎn)天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.1 硅材料的特點(diǎn)v 硅器件室溫下有較佳的特硅器件室溫下有較佳的特性性; ;v 熱穩(wěn)定性好，更高的熔化熱穩(wěn)定性好，更高的熔化溫度允許更寬的工藝容限溫度允許更寬的工藝容限; ;v 高品質(zhì)的氧化硅可由熱生高品質(zhì)的氧化硅可由熱生長(zhǎng)的方式較容易地制得長(zhǎng)的方式較容易地制得; ;v 硅元素含量豐富（硅元素含量豐富（2525），），成本低成本低; ;v 高頻、高速場(chǎng)合特性較差。高頻、高速場(chǎng)合特性較差。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)二氧化硅的作用天

4、津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)芯片和晶圓WaferSingle die,chip天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.2 單晶硅片的制備石英巖，硅砂石英巖，硅砂（SiO2）單晶硅片單晶硅片（wafer)切片切片 拋光拋光單晶硅錠單晶硅錠（ingot）拉制單晶拉制單晶多晶硅多晶硅(poly-silicon)還原還原天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.2.1 多晶硅的制備石英巖石英巖 （高純度硅砂）（高純度硅砂）冶金級(jí)硅冶金級(jí)硅 （98）碳、煤等碳、煤等還原還原三氯化硅三氯化硅（SiHCl3）粉碎粉碎HCl電子級(jí)多晶硅電子級(jí)多晶硅（99.99以上）以上）分餾分餾氫還原氫還原天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)v 直拉法直拉法 （Czo

5、chralski法法)v 區(qū)域熔融法區(qū)域熔融法（Floating Zone法）法）1.2.2 單晶硅錠的制備直拉法系統(tǒng)示意圖直拉法系統(tǒng)示意圖天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)直拉法（CZ）天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)區(qū)域熔融法（FZ）區(qū)域提煉系統(tǒng)的原理圖區(qū)域提煉系統(tǒng)的原理圖天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)直拉法和區(qū)熔法原理圖熔融液石墨基座石英坩堝單晶錠籽晶籽晶夾持器CCW氬氣固體熔融液界面RF線圈CW氬氣籽晶單晶熔化區(qū)多晶硅柱射頻線圈石英管頸部區(qū)域熔融系統(tǒng)的原理圖區(qū)域熔融系統(tǒng)的原理圖直拉法系統(tǒng)的原理圖直拉法系統(tǒng)的原理圖天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)直拉法和區(qū)熔法的比較直拉法直拉法區(qū)熔法區(qū)熔法優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可以生長(zhǎng)更大直徑的

6、晶錠；可以生長(zhǎng)更大直徑的晶錠；生長(zhǎng)過程同時(shí)可以加入摻雜劑方便地?fù)诫s生長(zhǎng)過程同時(shí)可以加入摻雜劑方便地?fù)诫s缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：生長(zhǎng)過程中容器、氣氛污染較多生長(zhǎng)過程中容器、氣氛污染較多優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：生長(zhǎng)過程中污染少，可生長(zhǎng)極高生長(zhǎng)過程中污染少，可生長(zhǎng)極高純單晶（高功率、高壓器件）純單晶（高功率、高壓器件）缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：渦流感應(yīng)加熱的渦流感應(yīng)加熱的“趨膚趨膚”效應(yīng)限效應(yīng)限制了生長(zhǎng)的單晶硅錠的直徑制了生長(zhǎng)的單晶硅錠的直徑天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)IC制造的基本工藝流程天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.2.3 硅片(晶園、wafer)的制備天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)定位邊研磨天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 硅片的定位邊90（100）

7、p 型（111）p 型45主標(biāo)志面次標(biāo)志面（111）n 型180（100）n 型D200mm:天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)硅片拋光和倒角天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)硅片的CMP拋光天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.3 硅晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)單立方（SC）體心立方（BCC）面心立方（FCC）晶胞晶胞：最大限度反映晶體對(duì)稱性的最小單元；：最大限度反映晶體對(duì)稱性的最小單元；七大晶系，七大晶系，1414種布喇菲點(diǎn)陣，對(duì)應(yīng)種布喇菲點(diǎn)陣，對(duì)應(yīng)1414種晶胞；種晶胞；天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)四面體結(jié)構(gòu)圖 金剛石結(jié)構(gòu)（Si、Ge、GaAs）1410雜化后的電子結(jié)構(gòu)圖硅原子成鍵平面圖1426

8、 222硅原子的電子結(jié)構(gòu)圖天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 原子密度及晶體內(nèi)部空隙v 原子密度原子密度 晶格常數(shù)晶格常數(shù)a a (Si=5.43(Si=5.43) ) 原子密度晶胞中包含原子個(gè)數(shù)原子密度晶胞中包含原子個(gè)數(shù)/ /晶胞體積晶胞體積v 晶體內(nèi)部空隙晶體內(nèi)部空隙 空間利用率晶胞包含原子個(gè)數(shù)空間利用率晶胞包含原子個(gè)數(shù)* *原子體積原子體積/ /晶胞總體積晶胞總體積天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)硅晶體中的原子密度和空隙8 8個(gè)頂點(diǎn)原子；個(gè)頂點(diǎn)原子；6 6個(gè)面心原子個(gè)面心原子4 4個(gè)體心原子個(gè)體心原子總原子個(gè)數(shù)總原子個(gè)數(shù)1 13 34 48 8晶格常數(shù)為晶格常數(shù)為a (Si=5.43)a (Si=5.43

9、)硅晶體中的硅晶體中的原子密度原子密度為：為：8/a8/a3 3=5=5* *10102222/cm/cm3 3硅原子的半徑硅原子的半徑硅晶體中的硅晶體中的空間利用率空間利用率AarSi17. 18/3%348/3/433arSi天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 1.4 晶體中的晶向和晶面 晶向：晶向：表示晶列的方向，從一個(gè)陣點(diǎn)表示晶列的方向，從一個(gè)陣點(diǎn)O沿某個(gè)晶列到另沿某個(gè)晶列到另一陣點(diǎn)一陣點(diǎn)P作位移矢量作位移矢量R，則，則 R=l1a+l2b+l3c；（；（l1:l2:l3 m:n:p 化為互質(zhì)整數(shù)）化為互質(zhì)整數(shù)） 晶向指數(shù)晶向指數(shù)【mnp】： 晶向矢量在三晶軸上投影的互質(zhì)指數(shù)晶向矢量在三晶軸上投

10、影的互質(zhì)指數(shù) 在立方晶體中，同類晶向記為在立方晶體中，同類晶向記為 代表了代表了100、00、010、 00、001、00六個(gè)同類晶向；六個(gè)同類晶向； 代表了立方晶胞所有空間對(duì)角線代表了立方晶胞所有空間對(duì)角線 的的8個(gè)晶向；個(gè)晶向； 表示立方晶胞所有表示立方晶胞所有12個(gè)面對(duì)角線個(gè)面對(duì)角線 的晶向。的晶向。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)晶面及密勒指數(shù) 晶面：晶面：點(diǎn)陣中的所有陣點(diǎn)全部位于一系列點(diǎn)陣中的所有陣點(diǎn)全部位于一系列相互平行、等相互平行、等距距的平面上，這樣的的平面上，這樣的平面系平面系稱為稱為晶面晶面，一系列等效的晶面，一系列等效的晶面構(gòu)成晶面族。構(gòu)成晶面族。 天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)晶面指

11、數(shù)表示方式 晶面指數(shù)（晶面指數(shù)（hkl）：）：h、k、l 是晶面與三晶軸的截距是晶面與三晶軸的截距 r、s、t的倒數(shù)的互質(zhì)整數(shù)，也稱為密勒指數(shù)，相應(yīng)的等效晶面族用的倒數(shù)的互質(zhì)整數(shù)，也稱為密勒指數(shù)，相應(yīng)的等效晶面族用hkl表示。表示。( r, s, t 為晶面在三個(gè)晶軸上的截為晶面在三個(gè)晶軸上的截長(zhǎng)長(zhǎng), h、k 、 l為晶面指標(biāo)為晶面指標(biāo). )xyz(553)abc1 1 11 1 1:5:5:33 3 5rs t晶面指數(shù)為（晶面指數(shù)為（553） 天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)立方晶體中常用的晶向和晶面晶向 晶向 晶向天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)面心立方（FCC）yz1/32/31面心立方結(jié)構(gòu)（FCC）中

12、的晶面（632632）晶面）晶面天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)金剛石結(jié)構(gòu)中的晶面金剛石結(jié)構(gòu)（100面）金剛石結(jié)構(gòu)（110面）金剛石結(jié)構(gòu)（111面）a2a3a天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)aa(100)a(110)a1/2(3/2)1/2aa1/2(111)2224141aa2342232212414aaa22422212414aaa常見晶面的面密度天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 之前我們討論的都是之前我們討論的都是完美完美的晶體，具有完美的周期性排列。的晶體，具有完美的周期性排列。 但是由于晶格粒子本身的熱振動(dòng)、晶體生長(zhǎng)過程中外界的影但是由于晶格粒子本身的熱振動(dòng)、晶體生長(zhǎng)過程中外界的影響、外界雜質(zhì)的摻入、外部響

13、、外界雜質(zhì)的摻入、外部電、機(jī)械、磁場(chǎng)電、機(jī)械、磁場(chǎng)等等應(yīng)力應(yīng)力的影響等的影響等等因素，使得晶格粒子的排列在一定范圍內(nèi)偏離完美的周期等因素，使得晶格粒子的排列在一定范圍內(nèi)偏離完美的周期性。這種偏離晶格周期性的情況就稱為性。這種偏離晶格周期性的情況就稱為缺陷缺陷（defect）。 缺陷是缺陷是不能完全避免不能完全避免的，實(shí)際中理想的完美晶體也是不存在的，實(shí)際中理想的完美晶體也是不存在的，雖然在某些情況下，缺陷的存在會(huì)造成一些危害，然而的，雖然在某些情況下，缺陷的存在會(huì)造成一些危害，然而某些缺陷在半導(dǎo)體應(yīng)用中有著某些缺陷在半導(dǎo)體應(yīng)用中有著非常重要的作用非常重要的作用。1.5 硅晶體中的缺陷天津工業(yè)大

14、學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 缺陷的分類間隙位置雜質(zhì)弗倫克爾缺陷間隙硅原子替代位置雜質(zhì)空位或肖特基缺陷 點(diǎn)點(diǎn)缺陷缺陷 線線缺陷缺陷 位錯(cuò)位錯(cuò)面面缺陷缺陷 層錯(cuò)層錯(cuò)體體缺陷缺陷 雜質(zhì)的沉積雜質(zhì)的沉積自間隙原子、空位、肖特基缺陷、自間隙原子、空位、肖特基缺陷、弗倫克爾缺陷弗倫克爾缺陷外來原子缺陷（替位或間隙式）外來原子缺陷（替位或間隙式）天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)點(diǎn)缺陷空位（Point defects Vacancies） 空位即晶格中組成粒子的缺失，如果一個(gè)晶格正常位空位即晶格中組成粒子的缺失，如果一個(gè)晶格正常位置上的原子跑到表面，在體內(nèi)留下一個(gè)晶格空位，則稱為置上的原子跑到表面，在體內(nèi)留下一個(gè)晶格空位，則稱為

15、肖特基（肖特基（ Schottky Schottky ）缺陷。）缺陷?？瘴豢瘴?: : 點(diǎn)缺陷（點(diǎn)缺陷（point defect)point defect) 晶格中點(diǎn)的范圍內(nèi)產(chǎn)生晶格中點(diǎn)的范圍內(nèi)產(chǎn)生空位是可以在晶格中移動(dòng)的空位是可以在晶格中移動(dòng)的天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)空位（ Vacancies ） 空位的產(chǎn)生需要打破化學(xué)鍵，因而需要一定的能量，空位的產(chǎn)生需要打破化學(xué)鍵，因而需要一定的能量，空位的數(shù)量隨空位的數(shù)量隨溫度的增加而增加溫度的增加而增加。 在不考慮雜質(zhì)的情況下（即本征在不考慮雜質(zhì)的情況下（即本征intrinsicintrinsic 情況下），情況下），含有含有N N個(gè)粒子的晶體，在溫

16、度為個(gè)粒子的晶體，在溫度為T T時(shí)空位的平衡濃度為：時(shí)空位的平衡濃度為：TkEexpNnBVE EV V 是空位產(chǎn)生能量，是空位產(chǎn)生能量， k kB B 是是BoltzmannBoltzmann常數(shù)，常溫下常數(shù)，常溫下肖特基缺陷濃度約為肖特基缺陷濃度約為1 1* *10101010cmcm-3 -3阿累尼烏斯公式阿累尼烏斯公式天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)間隙原子（Interstitials） 晶格中存在著大量的空隙，如果有原子偏離了自身的晶格晶格中存在著大量的空隙，如果有原子偏離了自身的晶格位置進(jìn)入間隙位置，則成為了間隙原子。位置進(jìn)入間隙位置，則成為了間隙原子。 顯然，間隙原子也是一種點(diǎn)缺陷，當(dāng)間

17、隙原子和晶格原子大顯然，間隙原子也是一種點(diǎn)缺陷，當(dāng)間隙原子和晶格原子大小相當(dāng)時(shí)，會(huì)引起小相當(dāng)時(shí)，會(huì)引起很大的晶格破壞很大的晶格破壞，因而需要很大的能量。如，因而需要很大的能量。如果間隙原子的體積比晶格原子小的多，則可以穩(wěn)定存在。果間隙原子的體積比晶格原子小的多，則可以穩(wěn)定存在。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)弗蘭克爾缺陷（Frenkel Defects） 通?？瘴缓烷g隙原子是成對(duì)出現(xiàn)的，通常空位和間隙原子是成對(duì)出現(xiàn)的，離子離開它原離子離開它原來的位置進(jìn)入間隙形成間隙離子，同時(shí)留下一個(gè)空位。這來的位置進(jìn)入間隙形成間隙離子，同時(shí)留下一個(gè)空位。這種缺陷成為種缺陷成為Frenkel DefectFrenkel

18、 Defect，它仍然是電中性的。，它仍然是電中性的。Frenkel defects Frenkel defects 可以由光照或可以由光照或者熱激發(fā)，而且也可以自身者熱激發(fā)，而且也可以自身復(fù)合消失，放出一定的能量復(fù)合消失，放出一定的能量（發(fā)光）。（發(fā)光）。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)線缺陷位錯(cuò) Line Defects - dislocations 晶體中的位錯(cuò)可以設(shè)想是在外力的作用下由晶體中的位錯(cuò)可以設(shè)想是在外力的作用下由滑移滑移引起的，引起的，滑移后兩部分晶體重新吻合，滑移的晶面中，在滑移部分滑移后兩部分晶體重新吻合，滑移的晶面中，在滑移部分和未滑移部分的交界處形成位錯(cuò)。和未滑移部分的交界處

19、形成位錯(cuò)。Slipping天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)刃位錯(cuò)（Edge dislocations） 滑移量的大小和反向可用滑移矢量滑移量的大小和反向可用滑移矢量B B（Burgers vector Burgers vector ）來）來描述，當(dāng)位錯(cuò)線與滑移矢量垂直時(shí)，稱為描述，當(dāng)位錯(cuò)線與滑移矢量垂直時(shí)，稱為刃位錯(cuò)刃位錯(cuò)。 懸掛鍵懸掛鍵可以給出一個(gè)電子或從晶體中接受一個(gè)電子，從可以給出一個(gè)電子或從晶體中接受一個(gè)電子，從而對(duì)晶體的電學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。而對(duì)晶體的電學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)螺位錯(cuò) （Screw dislocations）當(dāng)位錯(cuò)線與滑移矢量平行時(shí)，稱為當(dāng)位錯(cuò)線與滑移矢量平行時(shí)，

20、稱為螺位錯(cuò)螺位錯(cuò)。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 對(duì)一般晶體而言，沿某些晶面往往容易發(fā)生滑移，這樣對(duì)一般晶體而言，沿某些晶面往往容易發(fā)生滑移，這樣的晶面稱為滑移面。構(gòu)成的晶面稱為滑移面。構(gòu)成滑移面滑移面的條件時(shí)該面上的原子面的條件時(shí)該面上的原子面密度大，而晶面之間的原子價(jià)鍵密度小，且間距大。對(duì)于密度大，而晶面之間的原子價(jià)鍵密度小，且間距大。對(duì)于硅晶體來說，硅晶體來說，111111晶面中，雙層密排面之間原子價(jià)鍵密晶面中，雙層密排面之間原子價(jià)鍵密度最小，結(jié)合最弱，因此滑移常沿度最小，結(jié)合最弱，因此滑移常沿111111面發(fā)生。面發(fā)生。 除了應(yīng)力形變可以產(chǎn)生位錯(cuò)外，除了應(yīng)力形變可以產(chǎn)生位錯(cuò)外，晶格失配晶格失

21、配也可以引起位也可以引起位錯(cuò)。若某一部分摻入較多的外來原子，就會(huì)使晶格發(fā)生壓錯(cuò)。若某一部分摻入較多的外來原子，就會(huì)使晶格發(fā)生壓縮或膨脹，在摻雜和未摻雜的兩部分晶體界面上就會(huì)產(chǎn)生縮或膨脹，在摻雜和未摻雜的兩部分晶體界面上就會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)，以減少因晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力。這種位錯(cuò)稱為位錯(cuò)，以減少因晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力。這種位錯(cuò)稱為失配失配位錯(cuò)位錯(cuò)。螺位錯(cuò)的形成天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)abcccaabbabcccbbbaaaabcccaabba無 缺 陷層 錯(cuò)無 缺 陷面缺陷層錯(cuò) （Side defects） 多晶的晶粒間界是最明顯的面缺陷，晶粒間界是一個(gè)原子多晶的晶粒間界是最明顯的面缺陷，晶粒間界是一個(gè)原子

22、錯(cuò)排的過渡區(qū)。在密堆積的晶體結(jié)構(gòu)中，錯(cuò)排的過渡區(qū)。在密堆積的晶體結(jié)構(gòu)中，層錯(cuò)層錯(cuò)又稱為又稱為堆積層堆積層錯(cuò)錯(cuò)，是由原子排列順序發(fā)生錯(cuò)亂引起的。層錯(cuò)并不改變晶體，是由原子排列順序發(fā)生錯(cuò)亂引起的。層錯(cuò)并不改變晶體的電學(xué)性質(zhì)，但是會(huì)引起擴(kuò)散雜質(zhì)分布不均勻等影響。的電學(xué)性質(zhì)，但是會(huì)引起擴(kuò)散雜質(zhì)分布不均勻等影響。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)體缺陷 （Body defects） 當(dāng)向晶體中摻入雜質(zhì)時(shí)，因?yàn)殡s質(zhì)在晶體中的當(dāng)向晶體中摻入雜質(zhì)時(shí)，因?yàn)殡s質(zhì)在晶體中的溶解度溶解度是有限的是有限的，如果摻入數(shù)量超過晶體可接受的濃度時(shí)，如果摻入數(shù)量超過晶體可接受的濃度時(shí)，雜質(zhì)將在晶體中雜質(zhì)將在晶體中沉積沉積，形成體缺陷。這

23、是一種三維尺，形成體缺陷。這是一種三維尺度上的缺陷。度上的缺陷。 體缺陷一般都對(duì)材料和器件的性能有很大的影響，尤體缺陷一般都對(duì)材料和器件的性能有很大的影響，尤其是重金屬沉積形成的體缺陷，所以要其是重金屬沉積形成的體缺陷，所以要盡量避免盡量避免體缺體缺陷的產(chǎn)生。陷的產(chǎn)生。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)1.6 硅中雜質(zhì) （Impurities） 制備純的晶體是非常困難的，因?yàn)樵谥苽涞倪^程中周圍制備純的晶體是非常困難的，因?yàn)樵谥苽涞倪^程中周圍的氣氛以及容器中的原子會(huì)進(jìn)入晶體替代晶體本身的原子的氣氛以及容器中的原子會(huì)進(jìn)入晶體替代晶體本身的原子，這種外來的其他原子就稱為，這種外來的其他原子就稱為雜質(zhì)（雜質(zhì)（

24、impuritiesimpurities）。 雜質(zhì)會(huì)對(duì)晶體的性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響，既有有利的也有雜質(zhì)會(huì)對(duì)晶體的性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響，既有有利的也有不利的，我們經(jīng)常會(huì)向晶體中加入雜質(zhì)（不利的，我們經(jīng)常會(huì)向晶體中加入雜質(zhì)（ impurities or impurities or dopantsdopants）來達(dá)到某種目的，這個(gè)過程就是）來達(dá)到某種目的，這個(gè)過程就是摻雜（摻雜（dopingdoping）。天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)間隙位置雜質(zhì)弗倫克爾缺陷間隙硅原子替代位置雜質(zhì)空位或肖特基缺陷替位雜質(zhì)替位雜質(zhì)間隙雜質(zhì)間隙雜質(zhì)硅中雜質(zhì)的存在形式天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)T本征硅（Silicon）本征硅本征硅（

25、intrinsic）npnnTkENpniiBV 2,expni：本征載流子濃度本征載流子濃度天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（ n-type semiconductor ）n型摻雜硅（n-Doped Silicon）AsAs是五價(jià)元素，多余一個(gè)電子，相是五價(jià)元素，多余一個(gè)電子，相當(dāng)與它給出一個(gè)電子，是施主當(dāng)與它給出一個(gè)電子，是施主(donor)(donor)。摻入摻入AsAs的的Si Si是非本征是非本征(extrinsic)(extrinsic)半導(dǎo)半導(dǎo)體，它是電子導(dǎo)電，電子帶負(fù)電體，它是電子導(dǎo)電，電子帶負(fù)電(negative)(negative)，所以稱為，所以稱為n n型半導(dǎo)

26、體。型半導(dǎo)體。npni2天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 施主：施主：雜質(zhì)在帶隙中提供雜質(zhì)在帶隙中提供帶有電子的能級(jí)，能級(jí)略帶有電子的能級(jí)，能級(jí)略低于導(dǎo)帶底的能量，和價(jià)低于導(dǎo)帶底的能量，和價(jià)帶中的電子相比較，很容帶中的電子相比較，很容易激發(fā)到導(dǎo)帶中易激發(fā)到導(dǎo)帶中 形成形成 電子載流子電子載流子。含有施主雜。含有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，主要依靠施質(zhì)的半導(dǎo)體，主要依靠施主熱激發(fā)到導(dǎo)帶的電子導(dǎo)主熱激發(fā)到導(dǎo)帶的電子導(dǎo)電電 n型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。n型摻雜硅（n-Doped Silicon）天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)p型摻雜硅（p-Doped Silicon）p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（ p-type semiconductor

27、 ）B B是三價(jià)元素，少一個(gè)電子，相當(dāng)是三價(jià)元素，少一個(gè)電子，相當(dāng)與它接受了一個(gè)電子，是受主與它接受了一個(gè)電子，是受主(acceptor)(acceptor)。摻入摻入B B的的Si Si是非本征是非本征(extrinsic)(extrinsic)半導(dǎo)體半導(dǎo)體，它是空穴導(dǎo)電，空穴帶正電，它是空穴導(dǎo)電，空穴帶正電(positive)(positive)，所以稱為，所以稱為p p型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。npni2天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué) 受主：受主：雜質(zhì)提供帶隙中空的雜質(zhì)提供帶隙中空的能級(jí)，電子由價(jià)帶激發(fā)到能級(jí)，電子由價(jià)帶激發(fā)到受主能級(jí)要比激發(fā)到導(dǎo)帶受主能級(jí)要比激發(fā)到導(dǎo)帶容易的多。主要含有受主容易的多

28、。主要含有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，因價(jià)帶中雜質(zhì)的半導(dǎo)體，因價(jià)帶中的一些電子被激發(fā)到施主的一些電子被激發(fā)到施主能級(jí)，而在價(jià)帶中產(chǎn)生許能級(jí)，而在價(jià)帶中產(chǎn)生許多多空穴空穴，主要依靠這些空，主要依靠這些空穴導(dǎo)電穴導(dǎo)電 p型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。p型摻雜硅（p-Doped Silicon）天津工業(yè)大學(xué)天津工業(yè)大學(xué)淺能級(jí)（類氫雜質(zhì)能級(jí)）雜質(zhì)v N型半導(dǎo)體：在型半導(dǎo)體：在IV族（族（Si，Ge）族化合物中摻入）族化合物中摻入V族元素族元素（P，As，Sb）；在）；在IIIV族族化合物中摻入化合物中摻入VI族元素取族元素取代代V族元素。特點(diǎn)為半導(dǎo)體材料中有多余的電子。族元素。特點(diǎn)為半導(dǎo)體材料中有多余的電子。 v P型半導(dǎo)體：在型半導(dǎo)體：在IV族（族（Si，Ge）族化合物中摻入）族化合物中摻入