实际半导体晶格偏离理想情况,杂质
缺陷
原子在平衡位置附近振动,,杂质和缺陷,,原子的周期性势场受到破坏,,在禁带中引入能级,,决定半导体的物理和化学性质,杂质：半导体中存在的与本体元素不同的
其它元素。,Si,P ●,,Li,杂质出现在半导体中时，产生的附加势场使严格的周期性势场遭到破坏。,杂质能级位于禁带之中,Ec,Ev,杂质能级,B,A,正电中心,,对于Si中的P原子，
剩余电子的运动
半径：r ~ 65 Å,Si的晶格常数为 5.4Å,○,对于Ge中的P
原子，r 85 Å,P原子中这个多余的电子的运动半径远远大于其余四个电子，所受到的束缚最小，极易摆脱束缚成为自由电子。,施主杂质:,束缚在杂质能级上的电子被激发到导带Ec成为导带电子，该杂质电离后成为正电中心（正离子）。这种杂质称为施主杂质。,施主杂质具有提供电子的能力。,导带电子,电离施主 P+,,,,对氢原子,氢原子中电子的能量,设 施主杂质能级为ED,,施主杂质的电离能△ED：即弱束缚的电子摆脱束缚成为晶格中自由运动的电子（导带中的电子）所需要的能量。,施主的电离能,施 主 电 离 能： △ED=EC-ED,△ED=EC-ED,EC,ED,Eg,EV,对于Si、Ge掺P,,,,,Ec,Ev,施主能级靠近导带底部,ED,施主杂质的电离能小，
在常温下基本上电离。,价带,导带,（1）在 Si 中掺入 B,2.元素半导体中ⅢA族替位杂质的能级,B 获得一个电子变成负离子，成为负电中心，周围产生带正电的空穴。,受主杂质：束缚在杂质能级上的空穴被激发到价带Ev成为价带空穴，该杂质电离后成为负电中心（负离子）。这种杂质称为受主杂质。,受主杂质具有得到电子的性质，
向价带提供空穴。,电离的结果：价带中的空穴数增加了，
这即是掺受主的意义所在。,受主能级 EA,受主能级靠近价带顶部,(2)受主电离能和受主能级,Si、Ge中 Ⅲ 族杂质的电离能△EA（eV）
晶体 杂 质
B Al Ga In
Si 0.045 0.057 0.065 0.16
Ge 0.01 0.01 0.011 0.011,受主能级EA,受主杂质的电离能小，在常温下基本上为价带电离的电子所占据（空穴由受主能级向价带激发）。,杂质电离或杂质激发：
杂质向导带和价带提供电子和空穴的过程（电子从施主能级向导带的跃迁或空穴从受主能级向价带的跃迁）。,本征激发：
电子从价带直接向导带激发，成为导带的自由电子，这种激发称为~。,只有本征激发的半导体称为本征半导体。,所需要的能量称为杂质的电离能。,掺施主的半导体的导带电子数主要由施主决定，半导体导电的载流子主要是电子（电子数>>空穴数），对应的半导体称为N型半导体。
称电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，简称少子。,掺受主的半导体的价带空穴数由受主决定，半导体导电的载流子主要是空穴（空穴数>>电子数），对应的半导体称为P型半导体。
空穴为多子，电子为少子。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ec,ED,电离施主,,电离受主,,Ev,,,,3. 杂质的补偿作用,(1) ND＞NA,半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受主之间有互相抵消的作用,此时为n型半导体,,n=ND-NA,EA,,,,,,,,,,,Ec,ED,EA,Ev,,,,,,,,,,,,,,,,,电离施主,,电离受主,,(2) ND
展开阅读全文
相关搜索