半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷(1)-文庫(kù)吧
2025-04-22 20:52 本頁(yè)面
【正文】 施主能級(jí) 1 多余的電子束縛在正電中心周圍 ， 但這種束縛作用比共價(jià)鍵的束縛作用弱得多 ， 只要很小的能量就可以使多余電子掙脫束縛 ，成為自由電子在晶格中運(yùn)動(dòng) ， 起到導(dǎo)電的作用 。 這時(shí)磷原子就成了一個(gè)少了一個(gè)價(jià)電子的磷離子 ， 它是一個(gè)不能移動(dòng)的正電中心 。 多余電子脫離雜質(zhì)原子成為導(dǎo)電電子的過(guò)程稱為 雜質(zhì)電離 。使這個(gè)多余電子掙脫束縛成為導(dǎo)電電子所需要的能量稱為 雜質(zhì)電離能 ， 用 ΔED表示 。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得 ， Ⅴ 族元素原子在硅 、 鍺中的電離能很小 ， 在硅中電離能約為 ~， 在鍺中電離能約為 ， 比硅 、 鍺的禁帶寬度小得多 。 施主雜質(zhì) 、 施主能級(jí) 2 Ⅴ 族元素雜質(zhì)在硅、鍺中電離時(shí)，能夠施放電子而 產(chǎn)生 導(dǎo)電電子 并形成 正電中心 。稱為 施主雜質(zhì)或 n型雜質(zhì) 施放電子的過(guò)程稱為 施主電離 。 施主雜質(zhì)在未電離時(shí)是中性的，稱為 束縛態(tài) 或 中性態(tài) ， 電離后成為正電中心，稱為 離化態(tài) 。 施主雜質(zhì) /N型雜質(zhì) 電子型半導(dǎo)體 /N型半導(dǎo)體 純凈半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)后 ， 施主雜質(zhì)電離 ， 使導(dǎo)帶中的導(dǎo)電電子增多 （ 電子密度大于空穴密度 ） ， 增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 ， 成為主要依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料 ,稱為電子型或 N型半導(dǎo)體 。 施主雜質(zhì) 、 施主能級(jí) 3 施主能級(jí) 用離導(dǎo)帶底 Ec為 ΔED處的 短線段 表示 ， 施主能級(jí)上的小黑點(diǎn)表示被施主雜質(zhì)束縛的電子 。 箭頭 表示被束縛的電子得到電離能后從施主能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子的 電離過(guò)程 。導(dǎo)帶中的小黑點(diǎn)表示進(jìn)入導(dǎo)帶中的電子 ， ⊕ 表示施主雜質(zhì)電離后帶 正電 ， 成為不可移動(dòng)的 正點(diǎn)中心 。 電子得到能量 ΔED后 ，就從施主的束縛態(tài)躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子 ，被施主雜質(zhì)束縛時(shí)的電子的能量比導(dǎo)帶底 Ec低ΔED， 稱為 施主能級(jí) ，用 ED表示 。 由于 ΔED遠(yuǎn)小于禁帶寬度 Eg， 所以施主能級(jí)位于離導(dǎo)帶底很近的禁帶中 。 由于施主雜質(zhì)相對(duì)較少 ， 雜質(zhì)原子間的相互作用可以忽略 ， 所以 施主能級(jí) 可以看作是 一些具有相同能量的孤立能級(jí) ， 施主雜質(zhì) 、 施主能級(jí) 4 硅中摻入硼 （ B） 為例 ， 研究 Ⅲ 族元素雜質(zhì)的作用 。 當(dāng)一個(gè)硼原子 占據(jù) 了硅原子的位置 ， 如圖所示 ， 硼原子有三個(gè)價(jià)電子 ， 當(dāng)它和周圍的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵時(shí) ， 還缺少一個(gè)電子 ， 必須從別處的硅原子中奪取一個(gè)價(jià)電子 ，于是在硅晶體的共價(jià)鍵中產(chǎn)生了一個(gè)空穴 。 硼原子成為一個(gè)帶有一個(gè)負(fù)電荷的硼離子 （ B） ， 稱為 負(fù)電中心硼離子 。 其效果相當(dāng)于形成了 一個(gè)負(fù)電中心和一個(gè)多余的空穴 。 受主雜質(zhì) 、 受主能級(jí) 1 多余的空穴束縛在負(fù)電中心周圍 ， 但這種束縛作用比共價(jià)鍵的束縛作用弱得多 ， 只要很小的能量就可以使多余空穴掙脫束縛 ，成為自由空穴在晶格中運(yùn)動(dòng) ， 起到導(dǎo)電的作用 。 這時(shí)硼原子就成了一個(gè)多了一個(gè)價(jià)電子的硼離子 ， 它是一個(gè)不能移動(dòng)的負(fù)電中心 。 多余空穴脫離雜質(zhì)原子成為導(dǎo)電空穴的過(guò)程稱為 雜質(zhì)電離 。 使這個(gè)多余空穴掙脫束縛成為導(dǎo)電空穴所需要的能量稱為 雜質(zhì)電離能 ， 用 ΔEA表示 。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得 ， Ⅲ 族元素原子在硅 、 鍺中的電離能很小 （ 即多余空穴很容易掙脫原子的束縛成為導(dǎo)電空穴 ） ， 在硅中
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