1、LOGO 第二章第二章 半導體中雜質半導體中雜質 和缺陷能級和缺陷能級1、硅、鍺中晶體中的雜質能級、硅、鍺中晶體中的雜質能級 2、缺陷、位錯能級、缺陷、位錯能級LOGO教學目標、教學重點與難點教學目標、教學重點與難點 教學目標教學目標 教學重點難點教學重點難點半導體中的雜質和缺陷能級的原理及作用半導體中的雜質和缺陷能級的原理及作用雜質與缺陷的作用，對半導體性質的影響；雜質與缺陷的作用，對半導體性質的影響；深能級雜質。深能級雜質。 LOGO第二章第二章 半導體中雜質和缺陷能級半導體中雜質和缺陷能級1、硅、鍺中晶體中的雜質能級、硅、鍺中晶體中的雜質能級 2、缺陷、位錯能級、缺陷、位錯能級LOGO硅

2、、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級v替位式雜質間隙式雜質替位式雜質間隙式雜質B 替位式雜質替位式雜質A 間隙式雜質間隙式雜質LOGO施主雜質、施主能級施主雜質、施主能級 摻入施主雜質磷摻入施主雜質磷 P P硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO如何用能帶理論解釋施主雜質？硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO雜質能級雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO施施 主主 電電 離離 能：能：E ED D = E= EC C- E- ED D 硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGOvSi、Ge中中族雜質的電離能

3、族雜質的電離能ED（eV） 晶體晶體 雜雜 質質 電電 離離 能能ED 禁帶寬度禁帶寬度Eg P As Sb Si 0.044 0.049 0.039 1.12 Ge 0.0126 0.0127 0.0096 0.67硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO 摻入受主雜質硼（摻入受主雜質硼（B B）硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO如何用能帶理論解釋受主雜質？硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGOv特點：特點： 施主電離能施主電

4、離能 ED Eg 受主電離能受主電離能 EA Eg 即所謂的淺能級雜質即所謂的淺能級雜質 硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGOv雜質的補償：既摻有施主雜質又摻有受主雜質雜質的補償：既摻有施主雜質又摻有受主雜質v雜質補償作用分為三種情況考慮：雜質補償作用分為三種情況考慮：（A） NDNA時時 （B） NAND時時 （C） ND NA時時 硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGOv（A）NDNA時時 n型半導體型半導體 v因因 EA 在在 ED 之下，之下， ED上的束縛電子首先填充上的束縛電子首先填充EA上的空位，即施主與受主先相互上的空位，即施主與受主先相互

5、“抵消抵消”，剩余的束縛電子再電離到導帶上。剩余的束縛電子再電離到導帶上。v所以：有效的施主濃度所以：有效的施主濃度 ND*=ND-NA硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGOv（B）NAND時時 P型半導體型半導體 v因因 EA 在在 ED 之下，之下， ED上的束縛電子首先填充上的束縛電子首先填充EA上的空位，即施主與受主先相互上的空位，即施主與受主先相互“抵消抵消”，剩余的束縛空穴再電離到價帶上。剩余的束縛空穴再電離到價帶上。v所以：有效的施主濃度所以：有效的施主濃度 NA*=NA-ND硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO 本征激發的導帶電子本征激發的

6、導帶電子 本征激發的價帶空穴本征激發的價帶空穴EvEcEDEA硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO（1）淺能級雜質）淺能級雜質ED、EA遠小于遠小于Eg（2）深能級雜質）深能級雜質 ED、EA和和Eg相當相當硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGOv例例1：Au（族）在族）在Si中中 硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGOv例例2：Au（族）在族）在Ge中中Au在在Ge中共有五種可能的狀態：中共有五種可能的狀態： （1）Au+（2）Au0 （3）Au- （4）Au2-（5）Au3-。硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級LOGO第

7、二章第二章 半導體中雜質和缺陷能級半導體中雜質和缺陷能級硅、鍺中晶體中的雜質能級硅、鍺中晶體中的雜質能級 缺陷、位錯能級缺陷、位錯能級LOGO 缺陷、位錯能級缺陷、位錯能級缺陷對材料性能有重要的影響 理想晶體：質點嚴格按照空間點陣排列 實際晶體：存在各種各樣的結構不完整性 LOGO 形成原因：1、熱缺陷（晶格位置缺陷) 2、雜質缺陷(組成缺陷 ） 缺陷、位錯能級缺陷、位錯能級LOGO（1）弗倫克爾缺陷（Frenkel） 原子進入晶格的間隙位置，空位和間隙原子同時出 現，晶體體積不發生變化，晶體不會因為出現空位而產 生密度變化。1、熱缺陷（晶格位置缺陷、熱缺陷（晶格位置缺陷)特點：空位與間隙粒子

8、成對出現，數量相等，晶體體積不發生變化。特點：空位與間隙粒子成對出現，數量相等，晶體體積不發生變化。 缺陷、位錯能級缺陷、位錯能級LOGO （2）肖特基缺陷（Schottky） 表面層原子獲得較大能量，離開原來格點位跑到表面外新的格點位，原來位置形成空位這樣晶格深處的原子就依次填入，結果表面上的空位逐漸轉移到內部去。特點：晶體表面增加了新的原子層，晶體內部只有空位缺陷。晶體體積膨脹，密度下降。1、熱缺陷（晶格位置缺陷、熱缺陷（晶格位置缺陷) 缺陷、位錯能級缺陷、位錯能級LOGO2、雜質缺陷(組成缺陷 ） 外來原子進入主晶格產生的缺陷。在原晶體結構中進入了雜在原晶體結構中進入了雜質原子，它與固有

9、原子性質不同，破壞了原子排列的周期性，質原子，它與固有原子性質不同，破壞了原子排列的周期性，雜質原子在晶體中占據兩種位置：雜質原子在晶體中占據兩種位置：（2） 替位式雜質替位式雜質（1） 間隙式雜質間隙式雜質 缺陷、位錯能級缺陷、位錯能級LOGO點缺陷和位錯點缺陷和位錯 點缺陷：在三維尺寸均很小，只在某些位置發生，只影響鄰近幾個原子。是處于原子大小數量級上的缺陷 線缺陷（位錯)：缺陷尺寸在一維方向較長，另外二維方向上很缺陷尺寸在一維方向較長，另外二維方向上很短。在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列所產生短。在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列所產生的缺陷。這種線缺陷又稱位錯。的缺陷