半导体中的杂质和缺陷能级

刘恩科半导体物理第二章简要思维导图内容。包含名词解释题：替位式杂质、间隙式杂质、杂质电离、杂质的补偿作用；简答题：实际晶体和理想晶体的区别、缺陷的分类、深能级杂质的特点、以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和n型半导体等。

第二章 半导体中的杂质和缺陷能级

• 名词解释题
  • 替位式杂质
    • 杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处的杂质
  • 间隙式杂质
    • 杂质原子位于晶格原子间的间隙位置
  • 杂质电离
    • 杂质浓度
      • 单位体积中中的杂质原子数
    • 杂质电离
      • 电子脱离杂质原子束缚成为导电电子的过程
    • 杂质电离能
      • 电离脱离杂质原子束缚成为导电电子所需要的的能量
    • 施主 （donor）
      • 施主杂质
        • 杂质电离时能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质
      • 施主电离
        • 施主杂质释放电子的过程
      • n型半导体
        • 主要依靠导带电子导电的半导体
    • 受主 （acceptor）
      • 受主杂质
        • 杂质电离时能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心的杂质
      • 受主电离
        • 空穴挣脱受主杂质束缚的过程
      • p型半导体
        • 主要依靠价带空穴导电的半导体
  • 浅能级
    • 距导带底很近的施主能级或距离价带顶很近的受主能级
  • 深能级
    • 距导带底较远的施主能级或距离价带顶较远的受主能级
  • 杂质的补偿作用
    • 半导体在同时掺入施主杂质和受主杂质时，施主杂质和受主杂质相互抵消的作用。
  • 杂质的高度补偿
    • 当施主杂质浓度和受主杂质浓度相近时，施主电子刚好够填充受主能级，杂质无法向导带、价带提供电子和空穴。
  • 有效杂质浓度
    • 发生杂质补偿后的半导体中的净杂质浓度
  • 等电子杂质
    • 等电子杂质时与基质晶体原子具有同数量价电子的杂质原子，它们替代了晶格点上的同组原子后，基本上是电中性的。
  • 束缚激子
    • 等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，由于库仑作用，该带电中心又能俘获另一种相反符号的载流子，形成束缚激子。
• 简答题
  • 实际晶体和理想晶体的区别
    • 理想晶体： ①假设原子静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上； ②纯净不含杂质； ③完整的晶体结构。 实际晶体 ①原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动； ②含有若干杂质； ③晶体中存在各种形式的缺陷。
  • 缺陷的分类
    • 点缺陷：空位、间隙原子 线缺陷：位错 面缺陷：层错、多晶中的晶粒间界
  • 深能级杂质的特点
    • 含量少，能级深，会产生多重能级，对半导体的载流子浓度和导电类型的影响较浅能级杂质而言较弱，但对于载流子的复合作用比浅能级杂质强。
  • 以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和n型半导体
  • 以Ga掺入Ge中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和p型半导体
  • 以Si在GaAs中的行为为例，说明Ⅳ族杂质在Ⅲ-Ⅴ族化合物中可能出现的双性行为
    • Si取代GaAs中的Ga原子起施主作用，取代As原子起受主作用。导带中电子浓度随Si杂质浓度的增加而增加，当Si杂质浓度增加到一定程度时趋于饱和。Si先取代Ga原子起施主作用，随着Si浓度的增加，Si取代As起受主作用。
  • 举例说明杂质补偿作用
    • • 因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首先跃迁到个受主能级上，剩下的个电子在杂质全部电离的条件下，跃迁到导带中成为导电电子。，半导体是n型的。
    • • 施主能级上的全部电子跃迁到受主能级上以后，受主能级上还有个空穴，它们可以跃迁到价带中成为价带空穴。，半导体是p型的。