2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)

硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2024/5/172硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)受主雜質(zhì)受主能級(jí)以硅中摻硼B(yǎng)為例：B原子占據(jù)硅原子的位置。磷原子有三個(gè)價(jià)電子。與周圍的四個(gè)硅原于形成共價(jià)鍵時(shí)還缺一個(gè)電子，就從別處奪取價(jià)電子，這就在Si形成了一個(gè)空穴。這時(shí)B原子就成為多了一個(gè)價(jià)電子的磷離子B－，它是一個(gè)不能移動(dòng)的負(fù)電中心?？昭ㄊ`在負(fù)電中心B－的周圍?？昭ㄖ灰苌倌芰烤涂蓲昝撌`，成為導(dǎo)電空穴在晶格中自由運(yùn)動(dòng)。2024/5/173硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)Ⅲ族雜質(zhì)在硅、鍺中能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，并形成負(fù)電中心，所以稱它們?yōu)槭苤麟s質(zhì)或p型雜質(zhì)。使空穴掙脫束縛成為導(dǎo)電空穴所需要的能量稱為受主雜質(zhì)電離能。受主雜質(zhì)電離后成為不可移動(dòng)的帶負(fù)電的受主離子，同時(shí)向價(jià)帶提供空穴，使半導(dǎo)體成為空穴導(dǎo)電的p型半導(dǎo)體。2024/5/1742.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)受主雜質(zhì)的電離過(guò)程，可以用能帶圖表示如圖2-6所示.當(dāng)空穴得到能量后，就從受主的束縛態(tài)躍遷到價(jià)帶成為導(dǎo)電空穴，所以電子被受主雜質(zhì)束縛時(shí)的能量比價(jià)帶頂高。將被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)稱為受主能級(jí)，記為，所以受主能級(jí)位于離價(jià)帶頂很近的禁帶中受主雜質(zhì)電離能2024/5/175硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)硅、鍺晶體中Ⅲ族雜質(zhì)的電離能2024/5/1762.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)按雜質(zhì)向半導(dǎo)體提供載流子的類型分類n型半導(dǎo)體：以電子導(dǎo)電為主本征半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體：以空穴導(dǎo)電為主2024/5/1772.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)4.淺能級(jí)雜質(zhì)電離能的簡(jiǎn)單計(jì)算Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)在硅、鍺中的ΔEA

、ΔED都很小，即施主能級(jí)ED距導(dǎo)帶底EC很近，受主能級(jí)EA距價(jià)帶頂EV很近，這樣的雜質(zhì)能級(jí)稱為淺能級(jí)，相應(yīng)的雜質(zhì)就稱為淺能級(jí)雜質(zhì)。如果Si、Ge中的Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)濃度不太高，在包括室溫的相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)，晶格原子熱振動(dòng)的能量會(huì)傳遞給電子，使雜質(zhì)幾乎全部電離。2024/5/1782.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)通常情況下半導(dǎo)體中雜質(zhì)濃度不是特別高，半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布很稀疏，因此不必考慮雜質(zhì)原子間的相互作用，被雜質(zhì)原子束縛的電子(空穴)就像單個(gè)原子中的電子一樣，處在互相分離、能量相等的雜質(zhì)能級(jí)上而不形成雜質(zhì)能帶。當(dāng)雜質(zhì)濃度很高(稱為重?fù)诫s)時(shí)，雜質(zhì)能級(jí)才會(huì)交疊，形成雜質(zhì)能帶。2024/5/1792.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)類氫模型2024/5/17102.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)2024/5/17112.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)5.雜質(zhì)的補(bǔ)償作用如果在半導(dǎo)體中既摻入施主雜質(zhì)，又摻入受主雜質(zhì)，施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)具有相互抵消的作用，稱為雜質(zhì)的補(bǔ)償作用。從價(jià)鍵角度理解：

施主周圍有多余的價(jià)電子，受主周圍缺少價(jià)電子，施主多余的價(jià)電子正好填充受主周圍的空缺，使價(jià)鍵飽和，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)的能量降低，處于穩(wěn)定狀態(tài)。2024/5/17122.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)從能帶角度理解：對(duì)于雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體，若ND>NA：(a)T=0K電子按順序填充能量由低到高的各個(gè)能級(jí)，由于受主能級(jí)EA比施主能級(jí)ED低，電子將先填滿受主能級(jí)EA，然后再填充施主能級(jí)ED，因此施主能級(jí)上的電子濃度為ND-NA