半导体中杂质和缺陷能级教学.ppt

12345678如何计算、分析半导体中，杂质的能级。这里介绍一种最简单的、实际上也是最重要的一类杂质能级──类氢杂质能级。
在Si、Ge元素半导体和Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体等最重要的半导体材料中发现：加入多一个价电子的元素，如在Si、Ge中加入P、As、Sb，或在Ⅲ－Ⅴ族化合物中加入Ⅵ族元素，这些掺入的杂质将成为施主；

加入少一个价电子的元素，如在Si、Ge中加入Al、Ga、In，或在Ⅲ－Ⅴ族化合物中加入Ⅱ族元素，这些掺入的杂质将成为受主；加入多一个价电子的替位式杂质原子，在填满价带（饱和周围成键原子的共价键）之外尚多余一个电子，同时，相比原来的原子，杂质原子也多一个正电荷，多余的正电荷正好束缚多余的电子，类似氢原子的情形。

加入少一个价电子的替位式杂质原子，在与近邻4个原子形成共价键时，缺少了一个电子，这样就使得此处的共价键中相比原来缺少了一个电子。其它价键中的电子很容易来填补这个空缺。这样一来，杂质处多了一个负电荷，同时满带处取去了一个电子，亦即多一个空穴。如同这个空穴可以被杂质负电荷所束缚，并类似氢原子的情形，只有正负电荷对调了，这样一个束缚的空穴相当于一禁带中一个空的受主能级。11、浅能级杂质电离能的简单计算估算结果与实际测量值有相同数量级按照以上方式所形成的施主和受主，称为类氢杂质能级，它们的束缚能很小，因此对产生导带电子和价带空穴特别有效，它们往往在这些材料中是决定导电性的主要杂质。由于这类杂质的束缚能很小，施主(受主)能级很靠近导带(价带)，又称为浅能级杂质。

Si中几种Ⅴ族施主电离能如下：

Si中几种Ⅲ族受主电离能如下：杂质基态的玻尔半径（Bohr):161718192.1.6深能级杂质2.2III-V族化合物中的杂质能级等电子杂质：是等价电子，与所取代的基体原子具有相同
价电子数的杂质。
GaP中参入N或Bi，分别在禁带中产生Ec=-0.008eV，
Ev=+0.038eV能级处。
N取代P后，比P有更强的获得电子的能力，常可吸引一个
导带中的电子变成带负电的离子。
Bi取代P后，比P有更强的获得空穴的能力，常可吸引一个
价带中的空穴变成带正电的离子。2.2.1GaAs中的杂质242.3.1点缺陷2.3.1点缺陷2.3.2位错28