2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷1

半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷理想半導(dǎo)體：1、原子嚴(yán)格周期性排列，具有完整的晶格結(jié)構(gòu)。2、晶體中無雜質(zhì)，無缺陷。3、電子在周期場中作共有化運動，形成允帶和禁帶——電子能量只能處在允帶中的能級上，禁帶中無能級。

本征半導(dǎo)體——晶體具有完整的（完美的）晶格結(jié)構(gòu)，無任何雜質(zhì)和缺陷。由本征激發(fā)提供載流子。實際半導(dǎo)體

實際半導(dǎo)體中原子并不是靜止在具有嚴(yán)格周期性的晶格位置上，而是在其平衡位置附近振動；實際半導(dǎo)體并不是純凈的，而是含有雜質(zhì)的；實際的半導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)并不是完整無缺的，而是存在著各種形式的缺陷，點缺陷，線缺陷，面缺陷；雜質(zhì)和缺陷可在禁帶中引入能級，從而對半導(dǎo)體的性質(zhì)產(chǎn)生了決定性的作用主要內(nèi)容

1.淺能級雜質(zhì)能級和雜質(zhì)電離；

2.淺能級雜質(zhì)電離能的計算；

3.雜質(zhì)補償作用

4.深能級雜質(zhì)的特點和作用1、等電子雜質(zhì)；

2、Ⅳ族元素起兩性雜質(zhì)作用§2-1元素半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級§2-3缺陷能級§2-2化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級點缺陷對半導(dǎo)體性能的影響

Si、Ge晶體中的雜質(zhì)能級

1、雜質(zhì)與雜質(zhì)能級

雜質(zhì)：半導(dǎo)體中存在的與本體元素不同的其它元素。雜質(zhì)的來源：｛有意摻入無意摻入根據(jù)雜質(zhì)在能級中的位置不同：｛替位式是雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)在金剛石型晶體中，晶胞中原子的體積百分?jǐn)?shù)為34%，說明還有66%是空隙。Si中的雜質(zhì)有兩種存在方式，a：間隙式雜質(zhì)特點：雜質(zhì)原子一般較小，鋰元素b：替位式雜質(zhì)特點：雜質(zhì)原子的大小與被替代的晶格原子大小可以相比，價電子殼層結(jié)構(gòu)比較相近，Ⅲ和Ⅴ族元素在Si，Ge中都是替位式以硅為例說明單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)稱為雜質(zhì)濃度B:替位式→雜質(zhì)占據(jù)格點位置。大小接近、電子殼層結(jié)構(gòu)相近Si：r=0.117nmB：r=0.089nmP：r=0.11nmLi：0.068nmA:間隙式→雜質(zhì)位于間隙位置。SiSiSiSiSiSiSiPSiLiN型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體復(fù)合中心陷阱雜質(zhì)分類淺能級雜質(zhì)深能級雜質(zhì)雜質(zhì)能級位于禁帶中Eg淺能級施主雜質(zhì)施主能級Ei受主雜質(zhì)受主能級EcEv淺能級(1)VA族的替位雜質(zhì)——施主雜質(zhì)在硅Si中摻入PSiSiSiSiSiSiSiP+Si磷原子替代硅原子后，形成一個正電中心P＋和一個多余的價電子束縛態(tài)—未電離離化態(tài)—電離后2、元素半導(dǎo)體的雜質(zhì)

（a）電離態(tài)

（b）中性施主態(tài)

過程：1.形成共價鍵后存在正電中心P+；2.多余的一個電子掙脫