导图社区 大学半导体物理 第二章 半导体中杂质和缺陷能级
这是学生制作的半导体物理思维导图，主要是对半导体中杂质和缺陷能级相关知识的整理，包括：硅、诸晶体中的杂质能级；缺陷、位错能级；-V族化合物中的杂质能级。
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第二章 半导体中杂质和缺陷能级
硅、锗晶体中的杂质能级
替位式杂质、间隙式杂质
替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处
要求：杂质原子与被替代晶格原子大小相近、价电子壳层结构相近
间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子间的间隙位置
要求：间隙式杂质比较小
杂质原子进入半导体以后，只可能以这两种方式存在。
施主杂质、施主能级
施主杂质：在半导体中电离释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质
施主能级：被施主杂志束缚的电子的能量状态
施主杂质在禁带中产生
施主电离能：
n型半导体：依靠电子导电的半导体
受主杂质、受主能级
受主杂质：在半导体中能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心的杂质
受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态
受主杂质在禁带中产生
受主电离能：
p型半导体：依靠空穴导电的半导体
浅能级杂志电离能的简单计算
施主杂质电离能：
受主杂质电离能：
杂质的基态轨道半径：
杂质的补偿作用
分别表示施主杂质浓度和受主杂质浓度；n表示导带中电子浓度；p表示价带中空穴浓度
探究同时存在施主和受主杂质半导体的p,n状态
ND>>NA时，n=ND-NA≈ND，半导体是n型的。
NA>>ND时，n=NA-ND≈NA，半导体是p型的。
ND≈NA时，杂质虽然多，但不能向导带和价带提供电子和空穴，这种现象称为杂质的高度补偿
杂质的补偿作用的应用：扩散及离子注入改变半导体某一区域的导电类型，例：平面工艺pnp晶体管的制作。
深能级杂质
施主能级距离导带底较远，受主能级距离价带顶较远，这种能级称为深能级，相应的杂质称为深能级杂质。
这些深能级杂质能够产生多次电离，每一次电离相应地有一个能级
有的杂质既能引入施主能级，又能引入受主能级
深能级杂质一般情况下含量极少，而且能级较深，对半导体中的导电电子浓度、导电空穴浓度和导电类型的影响没有浅能级杂质显著，但对于载流子的复合作用比浅能级杂质强，故这些杂质也称为复合中心。
缺陷、位错能级
缺陷种类
点缺陷：位错，间隙原子
线缺陷：位错
面缺陷：层错
点缺陷
元素半导体Si、Ge中的点缺陷
由于原子需要较大的能量才能进入间隙位置，以及它迁移时激活能很小，所以晶体中空穴比间隙原子多得多，是常见的点缺陷。
间隙原子和空位：一定温度下，晶格原子在平衡位置附近作振动，部分原子获得能量挤入晶格原子间的间隙，形成间隙原子，留下的位置叫空位。
弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对出现
肖特基缺陷：只有空位无间隙原子
间隙原子和空位不断产生并复合，达到平衡，这两种缺陷是由温度所决定的——热缺陷
Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的点缺陷
热缺陷
由于成份偏离正常的化学比，也可形成点缺陷
利用成分偏离可以控制半导体的导电类型
替位原子（如二元化合物AB）
A取代B：A多，受主，接受电子倾向
B取代A：B多，施主，多余价电子释放
位错
对半导体材料和器件的性能影响显著
原子存在不成对电子，成为不饱和键
该键可以获得电子，形成负电中心，起受主作用，相当于一串受主
该键可以失去电子，形成正电中心，起施主作用，相当于一串施主
晶格畸变使得半导体禁带宽度发生变化
当晶体有体积形变时，导带底Ec和价带顶Ev发生变化
缺陷能级
Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级
以砷化镓为例
Ⅱ族元素可替代Ⅲ族元素镓成为受主杂质，Ⅵ族元素可代替Ⅴ族元素成为施主杂质
Ⅳ族元素如硅、锗，既可以代替镓成为施主杂质，也可以代替砷成为受主杂质。这种杂质称为双性杂质。
Ⅲ族杂质和Ⅴ族杂质掺入砷化镓时，它们将取代同族原子而形成既非施主也非受主的中性杂质，在禁带中不引入能级。
如砷化镓中：若Ga偏多，形成As空位；若As偏多，形成Ga空位。
空位倾向于接受电子，起受主作用；间隙原子有四个可失去的电子，表现为施主作用。
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