半导体物理学[第二章半导体中的杂质和缺陷能级]课程复习

第二章 半导体中的杂质和缺陷能级
(1)在纯净的半导体中掺入少量其他元素杂质，对半导体性能有很大影响。

根据杂质原子在晶体中存在的位置，可分为间隙式和替位式两种。

后者在半导体中应用较多。

由于杂质的存在，使该处的周期性势场受到扰乱，因而杂质的电子不可能处于正常的导带和价带中，而是在禁带中引入等高的分立能级，即杂质能级。

根据杂质能级在禁带中所处的位置不同，分为深能级杂质和浅能级杂质。

又根据杂质电离后施放电子还是空穴，分为施主和受主杂质两类。

(2)杂质原子电离后，向导带提供电子，而自身成为不可移动的带正电离子，使半导体成为n 型，这种杂质称为施主杂质；杂质原子电离后，接收价带中电子，使价带中增加空穴，成为p 型半导体，而自身成为不可移动的带负电的离子，这种杂质称为受主杂质。

如果施、受主能级分别离导带底和价带顶很近，电离能很小，在常温下杂质基本全部电离，使导带或价带增加电子或空穴，这些杂质称浅能级杂质，它的重要作用是改变半导体的导电类型和调节半导体的导电能力。

如Ⅳ族元素半导体中Ⅲ、Ⅴ族杂质和大多数Ⅲ-Ⅴ族半导体中的Ⅱ、Ⅵ族杂质，大都成为重要的浅能级杂质而得到使用。

(3)浅能级杂质的电离能可以通过类氢原子模型进行估算，经修正后施主杂质电离能可表示为
式中，E 0=13．6eV 为氢原子基态电离能；εr 为半导体的相对介电常数；m n *，m p *分别为电子和空穴的电导有效质量。

(4)半导体中同时掺入施主和受主杂质，它们具有相互补偿的作用，施主能
级上的电子会落入受主能级上，使两者均被电离，但不会给导带和价带提供电子
和空穴。

补偿的程度由施、受主杂质浓度来确定：(N
D —N
A
)＞O，成为含有受主的
n型半导体；(N
D —N
A
)＜O成为含有施主的p型半导体；N
D
≈N
A
为重补偿情况，与
本征半导体相似，但若两者的浓度均很高，会对半导体质量产生严重影响。

用杂质补偿的办法，往往是借以改变半导体导电类型作为制造各种半导体器件的基础。

(5)一般非Ⅲ、Ⅴ族元素在Ⅳ族元素半导体中，非Ⅱ、Ⅵ族元素在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中，它们在禁带中引入的能级，施主离导带底较远，受主离价带顶较远，在常温下它们不能达到强电离，称它们为深能级杂质。

深能级杂质既可引入施主又可引入受主，同时还可能发生多重电离。

它的掺入不仅对浅能级杂质起补偿作用，而且往往成为非平衡载流子的复合中心。

Au在Si、Ge中的多重能级状况，就是一个深能级杂质作用的典型例子。

(6)半导体中的缺陷和位错，也在禁带中引入能级，既可以是施主又可以是受主，多为深能级。