半導(dǎo)體物理學(xué)-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)模板

半導(dǎo)體物理學(xué)-半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)模板第一頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)2.3缺陷和位錯(cuò)的能級(jí)第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)第二頁(yè)，共60頁(yè)。本征半導(dǎo)體：是指沒(méi)有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體，其內(nèi)部的電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)，叫做本征半導(dǎo)體。非正征半導(dǎo)體：半導(dǎo)體材料內(nèi)部由于雜質(zhì)或缺陷，使得電子或空穴任意一方增加，這樣的半導(dǎo)體叫做摻雜半導(dǎo)體。本征激發(fā):T>0K時(shí),電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶,同時(shí)價(jià)帶中產(chǎn)生空穴.n0=p0=ni

n0p0=ni2

ni------本征載流子濃度第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)第三頁(yè)，共60頁(yè)。第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)第四頁(yè)，共60頁(yè)。實(shí)際半導(dǎo)體與理想半導(dǎo)體的主要區(qū)別實(shí)際晶體理想晶體原子在平衡位置附近振動(dòng)原子靜止在嚴(yán)格周期性的晶格格點(diǎn)位置不純凈，含有雜質(zhì)純凈存在點(diǎn)、線、面缺陷晶格結(jié)構(gòu)完整無(wú)缺雜質(zhì)：半導(dǎo)體晶格中存在的與組成半導(dǎo)體材料的元素不同的其他元素的原子。缺陷點(diǎn)缺陷，如空位、間隙原子、替位原子等線缺陷，如位錯(cuò)等面缺陷，如層錯(cuò)、晶粒間界等第五頁(yè)，共60頁(yè)。雜質(zhì)和缺陷原子的周期性勢(shì)場(chǎng)受到破壞在禁帶中引入能級(jí)決定半導(dǎo)體的物理和化學(xué)性質(zhì)第六頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2.1.1替位式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)Si和Ge都具有金鋼石結(jié)構(gòu)，一個(gè)原胞含有8個(gè)原子。原胞內(nèi)8個(gè)原子的體積與立方原胞體積之比為34%，原胞內(nèi)存在66%的空隙。金鋼石晶體結(jié)構(gòu)中的四面體間隙位置

內(nèi)部4個(gè)原子構(gòu)成T空隙金鋼石晶體結(jié)構(gòu)中的六角形間隙位置3個(gè)鄰位面心+3個(gè)內(nèi)部原子構(gòu)成H空隙第七頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)雜質(zhì)原子進(jìn)入半導(dǎo)體硅后，只可能以?xún)煞N方式存在。一種方式是雜質(zhì)原子位于晶格原子間的間隙位置，常稱(chēng)為間隙式雜質(zhì)；間隙式雜質(zhì)原子一般較小，如離子鋰（Li+）。Si：r=0.117nmLi+:r=0.068nm;P:r=0.11nm另一種方式是雜質(zhì)原子取代晶格原子而位于晶格格點(diǎn)處，常稱(chēng)為替位式雜質(zhì)。替位式雜質(zhì)原子通常與被取代的晶格原子大小比較接近而且電子殼層結(jié)構(gòu)也相似。用單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)，也就是雜質(zhì)濃度來(lái)定量描述雜質(zhì)含量多少，雜質(zhì)濃度的單位為1/cm3SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi第八頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)

施主摻雜（摻磷）2.1.2施主雜質(zhì)、施主能級(jí)SiP+SiSiSiSiSiSiSi-

磷替代硅，其效果是形成一個(gè)正電中心P+和一個(gè)多余的價(jià)電子。這個(gè)多余的價(jià)電子就束縛在正電中心P+的周?chē)ㄈ跏`）。第九頁(yè)，共60頁(yè)?！瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛?/p>

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~65?Si的晶格常數(shù)為5.4?○對(duì)于Ge中的P原子，r

85?第十頁(yè)，共60頁(yè)。+4+4+5+4多余價(jià)電子磷原子Ⅴ族元素有5個(gè)價(jià)電子，其中的四個(gè)價(jià)電子與周?chē)乃膫€(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，還剩余一個(gè)電子，同時(shí)Ⅴ族原子所在處也多余一個(gè)正電荷，稱(chēng)為正離子中心，所以，一個(gè)Ⅴ族原子取代一個(gè)硅原子，其效果是形成一個(gè)正電中心和一個(gè)多余的電子。電子脫離雜質(zhì)原子的束縛成為導(dǎo)電電子的過(guò)程稱(chēng)為雜質(zhì)電離。第十一頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2.1.2施主雜質(zhì)、施主能級(jí)多余的電子束縛在正電中心，但這種束縛很弱很小的能量就可使電子擺脫束縛，成為在晶格中導(dǎo)電的自由電子，而Ⅴ族原子形成一個(gè)不能移動(dòng)的正電中心。硅、鍺中的Ⅴ族雜質(zhì)，能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱(chēng)為施主雜質(zhì)或N型雜質(zhì)，摻有N型雜質(zhì)的半導(dǎo)體叫N型半導(dǎo)體。施主雜質(zhì)未電離時(shí)是中性的，電離后成為正電中心。第十二頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)帶有分立的施主能級(jí)的能帶圖施主能級(jí)電離能帶圖第十三頁(yè)，共60頁(yè)。被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)稱(chēng)為施主能級(jí)ED。施主能級(jí)位于離導(dǎo)帶低很近的禁帶中雜質(zhì)原子間的相互作用可忽略，某一種雜質(zhì)的施主能級(jí)是一些具有相同能量的孤立能級(jí)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)表2-1硅、鍺晶體中Ⅴ族雜質(zhì)的電離能(eV)第十四頁(yè)，共60頁(yè)。第十五頁(yè)，共60頁(yè)。

摻施主的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶電子數(shù)主要由施主決定，半導(dǎo)體導(dǎo)電的載流子主要是電子（電子數(shù)>>空穴數(shù)），對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體稱(chēng)為N型半導(dǎo)體。稱(chēng)電子為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)多子，空穴為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)少子。第十六頁(yè)，共60頁(yè)。2.1.3受主雜質(zhì)受主能級(jí)2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)

受主摻雜（摻硼）SiB-SiSiSiSiSiSiSi+

硼原子接受一個(gè)電子后，成為帶負(fù)電的硼離子，稱(chēng)為負(fù)電中心（B-）。帶負(fù)電的硼離子和帶正電的空穴間有靜電引力作用，這個(gè)空穴受到硼離子的束縛，在硼離子附近運(yùn)動(dòng)。第十七頁(yè)，共60頁(yè)。空穴B-+4+4+3+4Ⅲ族元素占據(jù)了硅原子的位置：Ⅲ族元素有3個(gè)價(jià)電子，它與周?chē)乃膫€(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，還缺少一個(gè)電子，于是在硅晶體的共價(jià)鍵中產(chǎn)生了一個(gè)空穴，而Ⅲ族原子接受一個(gè)電子后所在處形成一個(gè)負(fù)離子中心，所以，一個(gè)Ⅲ族原子取代一個(gè)硅原子，其效果是形成一個(gè)負(fù)電中心和一個(gè)空穴第十八頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2.1.3受主雜質(zhì)、受主能級(jí)

空穴束縛在Ⅲ族原子附近，但這種束縛很弱很小的能量就可使空穴擺脫束縛，成為在晶格中自由運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電空穴，而Ⅲ族原子形成一個(gè)不能移動(dòng)的負(fù)電中心。硅、鍺中的Ⅲ族雜質(zhì)，能夠接受電子而在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴，并形成負(fù)電中心的雜質(zhì)，稱(chēng)為受主雜質(zhì)或P型雜質(zhì)，摻有P型雜質(zhì)的半導(dǎo)體叫P型半導(dǎo)體。受主雜質(zhì)未電離時(shí)是中性的，電離后成為負(fù)電中心。第十九頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)受主能級(jí)電離能帶圖帶有分立的受主能級(jí)的能帶圖第二十頁(yè)，共60頁(yè)。被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)稱(chēng)為受主能級(jí)EA。施主能級(jí)位于離價(jià)帶頂很近的禁帶中雜質(zhì)原子間的相互作用可忽略，某一種雜質(zhì)的受主能級(jí)是一些具有相同能量的孤立能級(jí)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)表2-2硅、鍺晶體中III族雜質(zhì)的電離能(eV)第二十一頁(yè)，共60頁(yè)。

摻受主的半導(dǎo)體的價(jià)帶空穴數(shù)由受主決定，半導(dǎo)體導(dǎo)電的載流子主要是空穴（空穴數(shù)>>電子數(shù)），對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體稱(chēng)為P型半導(dǎo)體?？昭槎嘧樱娮訛樯僮?。

第二十二頁(yè)，共60頁(yè)。施主和受主濃度：ND、NA施主：Donor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如Si中摻的P和As受主：Acceptor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。如Si中摻的B總結(jié)第二十三頁(yè)，共60頁(yè)。深能級(jí)雜質(zhì)和淺能級(jí)雜質(zhì)淺能級(jí)雜質(zhì)：引入能級(jí)接近導(dǎo)帶底Ec的施主雜質(zhì)或引入能級(jí)接近價(jià)帶頂Ev的受主雜質(zhì)。其作用是改變半導(dǎo)體導(dǎo)電類(lèi)型和調(diào)節(jié)導(dǎo)電能力，例如室溫下，硅、鍺中III、V族雜質(zhì)幾乎全部電離。深能級(jí)雜質(zhì)：引入能級(jí)遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底Ec的施主雜質(zhì)或引入能級(jí)遠(yuǎn)離價(jià)帶頂Ev的受主雜質(zhì)。一般作為復(fù)合中心，它對(duì)載流子和導(dǎo)電類(lèi)型影響較小。第二十四頁(yè)，共60頁(yè)。總結(jié)

第二十五頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2.1.4淺能級(jí)雜質(zhì)電離能的簡(jiǎn)單計(jì)算采用類(lèi)氫原子模型估算施主和受主雜質(zhì)的電離能氫原子中電子的能量：n=1時(shí),基態(tài)電子能量n=時(shí)，氫原子電離E=0氫原子的電離能第二十六頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)晶體內(nèi)雜質(zhì)原子束縛的電子與類(lèi)氫模型相比：

m0mn*,mp*;0r0

施主雜質(zhì)的電離能：

Si:

Ge:受主雜質(zhì)的電離能第二十七頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)氫原子半徑：施主雜質(zhì)半徑：基態(tài)下（n=1），氫原子的軌道半徑：第二十八頁(yè)，共60頁(yè)。第二十九頁(yè)，共60頁(yè)。第三十頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2.1.5雜質(zhì)的補(bǔ)償作用當(dāng)半導(dǎo)體中同時(shí)存在施主和受主雜質(zhì)時(shí)，半導(dǎo)體是n型還是p型呢？在半導(dǎo)體中，若同時(shí)存在著施主和受主雜質(zhì)，施受主雜質(zhì)之間有互相抵消的作用，通常稱(chēng)為雜質(zhì)的補(bǔ)償作用。一共有如下三種情況：ND>>NANA>>NDNA~ND~第三十一頁(yè)，共60頁(yè)。1、當(dāng)ND>>NA2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)因?yàn)槭苤髂芗?jí)低于施主能級(jí)，所以施主雜質(zhì)的電子首先躍遷到NA個(gè)受主能級(jí)上，還有ND-NA個(gè)電子在施主能級(jí)上，雜質(zhì)全部電離時(shí)，躍遷到導(dǎo)帶中的導(dǎo)電電子的濃度為n=ND-NA。即則有效施主濃度為NDeff≈ND-NAECEVEDEA第三十二頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2、當(dāng)NA>>ND

施主能級(jí)上的全部電子躍遷到受主能級(jí)上，受主能級(jí)上還有NA-ND個(gè)空穴，它們可接受價(jià)帶上的NA-ND個(gè)電子，在價(jià)帶中形成的空穴濃度p=NA-ND.即有效受主濃度為NAeff≈NA-NDECEVEDEA第三十三頁(yè)，共60頁(yè)。3、當(dāng)NAND時(shí)，不能向?qū)Ш蛢r(jià)帶提供電子和空穴，稱(chēng)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，不能用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)第三十四頁(yè)，共60頁(yè)。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(lái)改變半導(dǎo)體中某一區(qū)域的導(dǎo)電類(lèi)型，以制成各種器件.

晶體管制造過(guò)程中的雜質(zhì)補(bǔ)償n型Si外延層PN硼磷2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)NN第三十五頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2.1.6深能級(jí)雜質(zhì)

在半導(dǎo)體硅、鍺中，除Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)在禁帶中形成淺能級(jí)外，其它各族元素?fù)饺牍琛㈡N中也會(huì)在禁帶中產(chǎn)生能級(jí)。這些能級(jí)通常是遠(yuǎn)離導(dǎo)帯底的深施主能級(jí)和遠(yuǎn)離價(jià)帶頂?shù)纳钍苤髂芗?jí)，見(jiàn)下圖，圖中“+”表示引入施主能級(jí)、“-”表示引入受主能級(jí)。第三十六頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)第三十七頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)第三十八頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)特點(diǎn)：1、施主雜質(zhì)能級(jí)距離導(dǎo)帶底較遠(yuǎn)，受主雜質(zhì)能級(jí)距離價(jià)帶頂較遠(yuǎn)，這種能級(jí)稱(chēng)為深能級(jí)，相應(yīng)的雜質(zhì)稱(chēng)為深能級(jí)雜質(zhì)。2、深能級(jí)雜質(zhì)能夠產(chǎn)生多次電離，每次電離對(duì)應(yīng)有一個(gè)能級(jí)。有的雜質(zhì)既能引入施主能級(jí)，又能引入受主能級(jí)。第三十九頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)深能級(jí)雜質(zhì)產(chǎn)生多次電離：1）I族元素銅、銀、金在鍺中產(chǎn)生3個(gè)受主能級(jí)，而金還能產(chǎn)生1個(gè)施主能級(jí)；在硅中，銅產(chǎn)生3個(gè)受主能級(jí)，銀和金各產(chǎn)生1個(gè)受主能級(jí)和1個(gè)施主能級(jí)。鋰在鍺和硅中是間隙式雜質(zhì)，產(chǎn)生1個(gè)淺施主能級(jí)。2）II族元素鋅、鎘、汞在鍺和硅中均產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)，而汞在硅中還產(chǎn)生2個(gè)施主能級(jí)。鈹在在鍺中產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)，在硅中產(chǎn)生1個(gè)受主能級(jí)。鎂在硅中產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)。第四十頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)深能級(jí)雜質(zhì)產(chǎn)生多次電離：3）III族元素硼、鋁、鎵、銦、鉈在鍺和硅中各產(chǎn)生1個(gè)淺受主能級(jí)，而鋁在硅中，還能產(chǎn)生1個(gè)施主能級(jí)。4）IV族元素碳在硅中產(chǎn)生1個(gè)施主能級(jí)，而錫和鉛在硅中產(chǎn)生1個(gè)施主能級(jí)和1個(gè)受主能級(jí)。5）V族元素磷、砷、銻在硅和鍺中各產(chǎn)生一個(gè)淺施主能級(jí)。第四十一頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)深能級(jí)雜質(zhì)產(chǎn)生多次電離：6）VI族元素硫、硒、碲在鍺中產(chǎn)生2個(gè)施主能級(jí)，在硅中，硫產(chǎn)生2個(gè)施主能級(jí)、1個(gè)受主能級(jí)；碲產(chǎn)生2個(gè)施主能級(jí)；而硒產(chǎn)生3個(gè)施主能級(jí)。氧在硅中產(chǎn)生3個(gè)施主能級(jí)，還能產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)。7）過(guò)渡族元素錳、鐵、鈷、鎳在鍺中均產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)，其中鈷還產(chǎn)生1個(gè)施主能級(jí)。在硅中錳、鐵產(chǎn)生3個(gè)施主能級(jí)，錳還能產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)；而鈷則產(chǎn)生3個(gè)受主能級(jí)、鎳產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)。第四十二頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)金在鍺中產(chǎn)生的能級(jí)中性金原子Au0只有一個(gè)價(jià)電子，它取代鍺原子后，金的這一價(jià)電子可以電離躍遷到導(dǎo)帶，形成深施主能級(jí)ED。它也可以從價(jià)帶接受1~3個(gè)電子，形成三個(gè)深受主能級(jí)。所以，在鍺中金有5種荷電狀態(tài)，Au+,Au0,Au-,Au?,AuΞECEVEDEA1EiEA2EA30.040.200.150.04金在鍺中的能級(jí)第四十三頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)金在鍺中產(chǎn)生的能級(jí)金在鍺中產(chǎn)生的ED是深施主能級(jí)，EA1、EA2和EA3是Au0依次接受1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)電子后形成的深受主能級(jí)，

由于電子間的庫(kù)侖排斥作用，接受2個(gè)電子比接受1個(gè)電子所需電離能大，而接受3個(gè)電子比接受2個(gè)電子所需電離能還大，Au-，Au?，AuΞ能級(jí)逐漸升高。ECEVEDEA1EiEA2EA30.040.200.150.04金在鍺中的能級(jí)第四十四頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)金在硅中產(chǎn)生的深能級(jí)金在硅中只觀測(cè)1個(gè)深施主能級(jí)和1個(gè)深受主能級(jí)，這可能是由于其他施主態(tài)和受主態(tài)的電離能大于禁帶寬度，相應(yīng)的施主能級(jí)和受主能級(jí)進(jìn)入了價(jià)帶和導(dǎo)帶，所以在禁帶中已經(jīng)測(cè)不到了?，F(xiàn)在常用深能級(jí)瞬態(tài)譜測(cè)量雜質(zhì)的深能級(jí)。金是一種典型的復(fù)合中心，在制造高速開(kāi)關(guān)器件時(shí)，常有意摻入金以提高器件的響應(yīng)速度。深能級(jí)雜質(zhì)的電離能常采用類(lèi)氦模型。第四十五頁(yè)，共60頁(yè)。2.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)總結(jié)：深能級(jí)雜質(zhì)能夠產(chǎn)生多次電離，在禁帶中引入多個(gè)能級(jí)。深能級(jí)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電類(lèi)型和載流子濃度影響較小，但是它們對(duì)于載流子的復(fù)合作用很強(qiáng)，稱(chēng)為復(fù)合中心。第四十六頁(yè)，共60頁(yè)。

2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)

1、Ⅰ族元素，在GaAs中一般起受主作用。Ag受主能級(jí)(Ev+0.11eV)；Au受主能級(jí)(Ev+0.09eV)；Li產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)(Ev+0.023eV)、(Ev+0.05eV)；Cu產(chǎn)生5個(gè)受主能級(jí)(Ev+0.023eV)、(Ev+0.14eV)、(Ev+0.19eV)、(Ev+0.24eV)、(Ev+0.44eV)。第四十七頁(yè)，共60頁(yè)。

2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)

2、Ⅱ族元素為淺受主雜質(zhì)在GaAs、GaP、InP等III-V化合物中，鈹、鎂、鋅、鎘取代Ⅲ族原子而處于晶格格點(diǎn)上，引入淺受主能級(jí)晶體雜質(zhì)鈹鎂鋅鎘GaAs0.0300.0300.0240.021GaP0.0560.0540.0640.009GaAs、GaP晶體中受主雜質(zhì)的電離能第四十八頁(yè)，共60頁(yè)。2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)3、Ⅲ族的B、Al取代Ga,Ⅴ族的P，銻(Sb)取代As既不是施主也不是受主雜質(zhì)，是電中性雜質(zhì)。等電子雜質(zhì)效應(yīng)：在某些化合物半導(dǎo)體，如GaP中，摻入N或鉍(Bi)，取代P后，在禁帶中引入能級(jí)，形成等電子陷阱。等電子陷阱形成條件：當(dāng)摻入原子與基質(zhì)晶體原子在電負(fù)性、共價(jià)半徑方面具有較大差別時(shí)，形成等電子陷阱。例如，GaP中，摻入N，能俘獲電子，成為負(fù)電中心；摻入鉍(Bi)，能俘獲空穴，成為正電中心。束縛激子：等電子陷阱俘獲載流子后，形成帶電中心，這一帶電中心又能俘獲另一種異號(hào)載流子，形成束縛激子。第四十九頁(yè)，共60頁(yè)。2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)3、Ⅲ族的B、Al取代Ga,Ⅴ族的P，銻(Sb)取代As既不是施主也不是受主雜質(zhì)，是電中性雜質(zhì)。束縛激子在間接帶隙半導(dǎo)體材料制造的發(fā)光器件中，起主要的作用。除了等電子雜質(zhì)原子可以形成等電子陷阱外，等電子絡(luò)合物也能形成等電子陷阱。例如，在GaP中，當(dāng)相鄰晶格點(diǎn)的兩個(gè)雜質(zhì)原子ZnGa與OP形成ZnGa-OP絡(luò)合物時(shí)，也形成可以俘獲電子的等電子陷阱，成為負(fù)電中心。第五十頁(yè)，共60頁(yè)。2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)GaAs電子濃度和硅雜質(zhì)濃度的關(guān)系4、Ⅳ族雜質(zhì)在Ⅲ-Ⅴ族化合物中的雙性行為

Ⅳ族元素取代Ⅲ族原子則起施主作用；

Ⅳ族元素取代Ⅴ族原子則起受主作用。

導(dǎo)帶中電子濃度隨硅雜質(zhì)濃度的增加而增加，當(dāng)硅雜質(zhì)濃度增加到一定程度時(shí)趨于飽和。硅先取代Ga原子起施主作用，隨著硅濃度的增加，硅取代As原子起受主作用，即表現(xiàn)出雙性行為。第五十一頁(yè)，共60頁(yè)。2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)

5、Ⅵ族元素取代Ⅴ族原子，引入施主能級(jí)

Ⅵ族元素氧、硫、硒、碲比Ⅴ族元素多一個(gè)價(jià)電子而且容易失去，所以表現(xiàn)為施主雜質(zhì)。晶體雜質(zhì)硫硒碲GaAs0.0060.0060.03GaP0.1040.1020.0895GaAs、GaP晶體中受主雜質(zhì)的電離能(eV)第五十二頁(yè)，共60頁(yè)。2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)6、摻過(guò)渡族元素，在GaAs中，Gr、Mn、Co、Ni均產(chǎn)生1個(gè)受主能級(jí)，而Fe產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)；在GaP中，F(xiàn)e、Co、Ni產(chǎn)生2個(gè)受主能級(jí)；而V、Ti可以產(chǎn)生1個(gè)受主能級(jí)和1個(gè)施主能級(jí)。將Cr摻入n型GaAs中，由于雜質(zhì)的補(bǔ)償作用，可以制備高電阻率的半絕緣GaAs晶體，電阻率達(dá)到106~107Ωcm，可以用來(lái)作為集成電路襯底。第五十三頁(yè)，共60頁(yè)。氮化鎵的雜質(zhì)能級(jí)

目前常用硅作為GaN的n型摻雜，用鎂，鋅作為GaN的p型摻雜。

硅作為施主的電離能：0.012~0.02eV

鎂作為受主的電離能：0.14~0.21eV

2.2Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的雜質(zhì)能級(jí)第五十四頁(yè)，共60頁(yè)。2.3缺陷、位錯(cuò)能級(jí)2.3.1點(diǎn)缺陷

間隙原子缺陷：只有間隙原子而無(wú)原子空位

肖特基缺陷：晶體內(nèi)形成空位而無(wú)間隙原子。弗倉(cāng)克耳缺陷：間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn)。硅、鍺材料中