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《中級質(zhì)量檢驗(yàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、§2.半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級沈陽工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系雜質(zhì)、缺陷破壞了晶體原有的周期性勢場，引入新的能級。通常在禁帶中分布的能級就是這樣產(chǎn)生的。禁帶中的能級對半導(dǎo)體的性能有顯著影響，影響的程度由能級的密度和位置決定?！?.1硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級學(xué)習(xí)重點(diǎn)：沈陽工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系淺能級雜質(zhì)、深能級雜質(zhì)雜質(zhì)補(bǔ)償1、雜質(zhì)與雜質(zhì)能級（1）雜質(zhì)半導(dǎo)體中存在的與本體元素不同的其它元素。（2）雜質(zhì)來源無意摻入有意摻入（3）雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的分布狀況替位式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)雜質(zhì)出現(xiàn)在半導(dǎo)體中時(shí)，產(chǎn)生的附加勢場使嚴(yán)格
2、的周期性勢場遭到破壞。（4）雜質(zhì)能級雜質(zhì)引起的電子能級稱為雜質(zhì)能級。通常位于禁帶之中的雜質(zhì)能級對半導(dǎo)體性能有顯著影響。EgECEV雜質(zhì)能級2、施主能級雜質(zhì)電離后能夠施放電子而產(chǎn)生自由電子并形成正電中心（正離子）。這種雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。以硅為例：在硅單晶中摻入磷（P）等V族元素。電離施主導(dǎo)帶電子硅原子（1）施主雜質(zhì)在Si單晶中，V族施主替位雜質(zhì)的兩種荷電狀態(tài)的價(jià)鍵(a)電離態(tài)(b)中性施主態(tài)施主能級（2）施主電離施主未電離時(shí)，在飽和共價(jià)鍵外還有一個(gè)電子被施主雜質(zhì)所束縛，該束縛態(tài)所對應(yīng)的能級稱為施主能級。
3、特征：①施主雜質(zhì)電離，導(dǎo)帶中出現(xiàn) 施主提供的導(dǎo)電電子；②電子濃度大于空穴濃度， 即n>p。摻入施主的半導(dǎo)體以電子導(dǎo)電為主，被稱為n型半導(dǎo)體ECEV施主電離能△ED=EC-EDEgECEV施主能級ED△ED=EC-EDSi、Ge中V族雜質(zhì)的電離能晶體雜質(zhì)磷P砷As銻Sb硅Si鍺Ge0.0440.01260.0490.01270.0390.0096施主電離過程示意圖施主雜質(zhì)電離的結(jié)果：導(dǎo)帶中的電子數(shù)增加了，這就是摻施主雜質(zhì)的意義所在。3、受主能級束縛在雜質(zhì)能級上的空穴被激發(fā)到價(jià)帶EV，成為價(jià)帶空穴，該雜質(zhì)
4、電離后成為負(fù)電中心（負(fù)離子）。這種雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)?；蚨x為：能夠向半導(dǎo)體提供空穴并形成負(fù)電中心的雜質(zhì)。以硅為例：在硅單晶中摻入硼（B）等III族元素。電離受主價(jià)帶空穴硅原子（1）受主雜質(zhì)在Si單晶中，III族受主替位雜質(zhì)的兩種荷電狀態(tài)的價(jià)鍵(a)電離態(tài)(b)中性受主態(tài)受主能級（2）受主電離受主雜質(zhì)電離后所接受的電子被束縛在原來的空狀態(tài)上，該束縛態(tài)所對應(yīng)的能級稱為受主能級。特征：①受主雜質(zhì)電離，價(jià)帶中出現(xiàn) 受主提供的導(dǎo)電空穴；②空穴濃度大于電子濃度， 即p>n。摻入受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體以空穴導(dǎo)電為主被稱為
5、p型半導(dǎo)體ECEV受主電離能△EA=EA-EVEgECEV受主能級EASi、Ge中Ⅲ族雜質(zhì)的電離能晶體雜質(zhì)硼B(yǎng)鋁Al銦In硅Si鍺Ge△EA=EA-EV鎵Ga0.0450.0570.0650.1600.010.010.0110.011受主電離過程示意圖受主雜質(zhì)電離的結(jié)果：價(jià)帶中的空穴數(shù)增加了，這就是摻受主雜質(zhì)的意義所在。4、淺能級雜質(zhì)（1）淺能級雜質(zhì)的特點(diǎn)一般是替位式雜質(zhì)施主電離能△ED遠(yuǎn)小于禁帶寬度△Eg，通常為V族元素。受主電離能△EA遠(yuǎn)小于禁帶寬度△Eg。通常為III族元素。（2）淺能級雜質(zhì)的作
6、用改變半導(dǎo)體的電阻率；決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型。（3）控制雜質(zhì)濃度的方法在單晶生長過程中摻入雜質(zhì)在高溫下通過雜質(zhì)擴(kuò)散的工藝摻入雜質(zhì)離子注入雜質(zhì)在薄膜外延工藝過程中摻入雜質(zhì)用合金工藝將雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體中5、淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計(jì)算氫原子滿足：解得電子能量：氫原子基態(tài)能量：氫原子自由態(tài)能量：故基態(tài)電子的電離能：（1）氫原子基態(tài)電子的電離能n=1,2,3,……（2）用類氫原子模型估算淺能級雜質(zhì)的電離能淺能級雜質(zhì)=雜質(zhì)離子+束縛電子（或空穴）正、負(fù)電荷所處介質(zhì)的介電常數(shù)為：電勢能：施主電離能：受主電離能：（mn*
7、和mp*分別為電導(dǎo)有效質(zhì)量）(3)(4)估算結(jié)果與實(shí)際測量值有誤差，但數(shù)量級相同。這種估算有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。Ge：△ED~0.0064eVSi：△ED~0.025eV6、雜質(zhì)補(bǔ)償半導(dǎo)體中同時(shí)存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時(shí)，受主雜質(zhì)會(huì)接受施主雜質(zhì)的電子，導(dǎo)致兩者提供載流子的能力相互抵消，這種作用稱為雜質(zhì)補(bǔ)償。在制造半導(dǎo)體器件的過程中，通過采用雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)姆椒▉砀淖儼雽?dǎo)體某個(gè)區(qū)域的導(dǎo)電類型或電阻率。高度補(bǔ)償：若施主雜質(zhì)濃度與受主雜質(zhì)濃度相差很小或二者相等，則不能提供電子或空穴，此時(shí)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與本征半導(dǎo)體相當(dāng)
8、，這種情況稱為雜質(zhì)的高度補(bǔ)償。ND>NA時(shí)：n型半導(dǎo)體因EA在ED之下，ED上的束縛電子首先填充EA上的空位，即施主與受主先相互“抵消”，剩余的束縛電子再電離到導(dǎo)帶上。有效施主濃度：ND*=ND-NANA>ND時(shí)：p型半導(dǎo)體因EA在ED之下，ED上的束縛電子首先填充EA上的空位，即施主與受主先相互“抵消”，剩余的束縛空穴再電離到價(jià)帶上。有效受主濃度：NA*=NA-NDNA≌ND時(shí)：雜質(zhì)高度補(bǔ)償ECEDEAEVEg本征激發(fā)的價(jià)帶空穴本征激發(fā)的導(dǎo)帶電子高度補(bǔ)
