高二物理競賽雜質(zhì)的補(bǔ)償作用課件

1、雜質(zhì)的補(bǔ)償作用半導(dǎo)體中同時存在施主和受主雜質(zhì)時，半導(dǎo)體是N型還是P型由雜質(zhì)的濃度差決定半導(dǎo)體中凈雜質(zhì)濃度稱為有效雜質(zhì)濃度（有效施主濃度；有效受主濃度）摻雜的方法：可以利用擴(kuò)散或離子注入的方法來改變半導(dǎo)體某一區(qū)域的導(dǎo)電類型雜質(zhì)的高度補(bǔ)償（）將降低載流子濃度多數(shù)載流子（多子）與少數(shù)載流子（少子）N型半導(dǎo)體ND表施主雜質(zhì)濃度，NA表受主雜質(zhì)濃度，兩者同時存在，半導(dǎo)體究竟是n型還是p型？（假定施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)都完全電離）當(dāng)ND>>NA時，受主能級低于施主能級，施主雜質(zhì)的電子首先躍遷到NA個受主能級，還有ND-NA個電子在施主能級上，n=ND-NA≈ND有效施主濃度P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體當(dāng)NA>>ND時，施主能級躍遷到受主能級后，受主能級還有NA-ND個空穴，p=NA-ND≈NA

有效受主濃度

雜質(zhì)補(bǔ)償作用是制造各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。

如能根據(jù)需要用擴(kuò)散或離子注人方法來改變半導(dǎo)體中某一區(qū)域的導(dǎo)電類型，以制成各種器件.晶體管制造過程中的雜質(zhì)補(bǔ)償n型Si外延層PN硼

問題----控制不當(dāng),會出現(xiàn)ND

≈NA的現(xiàn)象。這時，施主電子剛好夠填充受主能級，雖然雜質(zhì)很多，但不能向?qū)Ш蛢r帶提供電子和空穴,這種現(xiàn)象稱為雜質(zhì)的高度補(bǔ)償.

這種材料容易被誤認(rèn)高純半導(dǎo)體，實(shí)際上含雜質(zhì)很多，性能很差，不能用采制造半導(dǎo)體器件.雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。+4+4+5+4+4+4+3+4施主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（），受主雜質(zhì)電離后向半導(dǎo)體提供（），本征激發(fā)向半導(dǎo)體提供（）A.空穴B.電子磷原子電子硼原子空穴填空：電子被施主雜質(zhì)束縛時的能量比導(dǎo)帶底Ec（）；被施主雜質(zhì)束縛的（）的能量狀態(tài)稱為（）?？昭ū皇苤麟s質(zhì)束縛時的能量比價帶頂Ev（）；被受主雜質(zhì)束縛的（）的能量狀態(tài)稱為（）。淺－深能級淺能級：硅、鍺中的III、Ⅴ族雜質(zhì)的電離能都很小，所以受主能級很接近于價帶頂，施主能級很接近于導(dǎo)帶低。淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計(jì)算：電離能很低束縛微弱利用類氫模型（1）氫原子基態(tài)電離能（2）用類氫原子模型估算淺能級雜質(zhì)電離能半導(dǎo)體中相對介電常數(shù)εr，雜質(zhì)應(yīng)處于介電常數(shù)為εoεr的介質(zhì)中，負(fù)電荷所受引力將衰減εr倍，束縛能量降減弱εr2倍；此時電子是在晶格周期性勢場中運(yùn)動，所以用mn*代替電子慣性質(zhì)量mo∴施主雜質(zhì)電離能可表示為：鍺、硅的相對介電常數(shù)εr

分別為16，12。鍺ΔΕD

=0.05mn*/m0

硅ΔED

=0.1mn*/m0而mn*/m0

,mn*/m0

小于1.硅鍺中雜質(zhì)電離能肯定小于0.1eV和0.05eV.受主雜質(zhì)討論相同.顯而易見是淺能級雜質(zhì).同理，受主雜質(zhì)電離能為深能級雜質(zhì)

在Si、Ge中摻入非Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)后，在Si、Ge禁帶中產(chǎn)生的施主能級ED距導(dǎo)帶底EC較遠(yuǎn)，產(chǎn)生的受主能級EA距價帶頂EV較遠(yuǎn)，這種能級稱為深能級，對應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級雜質(zhì)。不容易電離，對載流子濃度影響不大一般會產(chǎn)生多重能級，甚至既產(chǎn)生施主能級也產(chǎn)生受主能級。能起到復(fù)合中心作用，使少數(shù)載流子壽命降低（在第五章詳