半导体物理学半导体中的杂质和缺陷省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第二章 半导体中杂质和缺点第1页理想半导体理想半导体：1、原子严格周期性排列，含有完整晶格、原子严格周期性排列，含有完整晶格 结构。结构。2、晶体中无杂质，无缺点。、晶体中无杂质，无缺点。3、电子在周期场中作共有化运动，形成允、电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带带和禁带电子能量只能处于允带中能电子能量只能处于允带中能级上，禁带中无能级。级上，禁带中无能级。本征半导体本征半导体晶体含有完整（完美）晶晶体含有完整（完美）晶格结构，无任何杂质和缺点。由本征激发格结构，无任何杂质和缺点。由本征激发提供载流子。提供载流子。第2页实际半导体实际半导体u 实际半导体中原子并不是静止在含有实际半导体中原子并不是静止在含有严格周期性晶格位置上，而是在其平衡严格周期性晶格位置上，而是在其平衡位置附近振动；位置附近振动；u 实际半导体并不是纯净，而是含有杂实际半导体并不是纯净，而是含有杂质；质；u 实际半导体晶格结构并不是完整无缺，实际半导体晶格结构并不是完整无缺，而是存在着各种形式缺点，点缺点，线而是存在着各种形式缺点，点缺点，线缺点，面缺点；缺点，面缺点；杂质和缺点可在禁带中引入能级，从而对半杂质和缺点可在禁带中引入能级，从而对半导体性质产生了决定性作用导体性质产生了决定性作用第3页主要内容主要内容 1.浅能级杂质能级和杂质电离；浅能级杂质能级和杂质电离；2.浅能级杂质电离能计算；浅能级杂质电离能计算；3.杂质赔偿作用杂质赔偿作用 4.深能级杂质特点和作用深能级杂质特点和作用 1、等电子杂质；、等电子杂质；2、族元素起两性杂质作用族元素起两性杂质作用2-1 元素半导体中杂质能级元素半导体中杂质能级2-3 缺点能级缺点能级2-2 化合物半导体中杂质能级化合物半导体中杂质能级点缺点对半导体性能影响点缺点对半导体性能影响 第4页2.1 Si、Ge晶体中杂质能级晶体中杂质能级1 1、杂质与杂质能级、杂质与杂质能级、杂质与杂质能级、杂质与杂质能级杂质：杂质：杂质：杂质：半导体中存在与本体元素不一样半导体中存在与本体元素不一样半导体中存在与本体元素不一样半导体中存在与本体元素不一样其它元素。其它元素。其它元素。其它元素。杂质起源：杂质起源：有意掺入有意掺入无意掺入无意掺入依据杂依据杂质在能级中位置不一样：质在能级中位置不一样：替位式是杂质替位式是杂质间隙式杂质间隙式杂质第5页在金刚石型晶体中，晶胞中原子体积百分数为在金刚石型晶体中，晶胞中原子体积百分数为34%，说明还有，说明还有66%是空隙。是空隙。Si 中杂质有两种存在方式，中杂质有两种存在方式，a：间隙式杂质：间隙式杂质 特点：杂质原子普通较小，锂元素特点：杂质原子普通较小，锂元素b：替位式杂质：替位式杂质 特点：杂质原子大小与被替换晶格原子大小能够特点：杂质原子大小与被替换晶格原子大小能够相比，价电子壳层结构比较相近，相比，价电子壳层结构比较相近，和和族元素在族元素在Si，Ge中都是替位式中都是替位式以硅为例说明以硅为例说明单位体积中杂质原子数称为单位体积中杂质原子数称为杂质浓度杂质浓度第6页B:替位式替位式杂质占据格点杂质占据格点位置。大小靠近、电子位置。大小靠近、电子壳层结构相近壳层结构相近Si：r=0.117nmB：r=0.089nmP：r=0.11nmLi：0.068nmA:间隙式间隙式杂质位于间隙杂质位于间隙位置。位置。SiSiSiSiSiSiSiPSiLi第7页N型半导体型半导体P型半导体型半导体复合中心复合中心陷阱陷阱杂质分类杂质分类浅能级杂质浅能级杂质深能级深能级杂质杂质第8页杂质能级位于禁带中杂质能级位于禁带中Eg浅能级浅能级第9页施主杂质施主杂质施主能级施主能级Ei受主杂质受主杂质 受主能级受主能级EcEv浅能级浅能级第10页(1)VA族替位杂质族替位杂质施主杂质施主杂质在硅在硅Si中掺入中掺入PSiSiSiSiSiSiSiP+Si磷原子替换硅原子后，形成一个正电中心P和一个多出价电子束缚态束缚态未电离未电离离化态离化态电离后电离后2、元素半导体杂质、元素半导体杂质第11页 （a）电离态）电离态 （b）中性施主态）中性施主态 第12页过程：过程：1.形成共价键后存在正电中心形成共价键后存在正电中心P+；2.多出一个电子摆脱束缚，在晶格中自由动；多出一个电子摆脱束缚，在晶格中自由动；杂质电离杂质电离3.P+成为不能移动正电中心；成为不能移动正电中心；杂质电离，杂质电离能，施主杂质电离，杂质电离能，施主杂质（杂质（n型杂质），施主能级型杂质），施主能级第13页电离离结果：果：导带中中电子数增加了，子数增加了，这即是即是掺施主意施主意义所在所在。1.施主处于束缚态，施主处于束缚态，2.施主电离施主电离 3施主电离后处于施主电离后处于离化态离化态能能带带图图中中施施主主杂杂质质电电离离过过程程第14页电电离离时时，P原原子子能能够够提提供供导导电电电电子子并并形形成成正正电电中心，中心，施主杂质施主杂质。施主杂质施主杂质 施主能级施主能级被施主杂质束缚电子能被施主杂质束缚电子能量比导带底量比导带底Ec低，称为低，称为施主能级施主能级，ED。施主杂质少，原子间相施主杂质少，原子间相互作用能够忽略，施主互作用能够忽略，施主能级是含有相同能量孤能级是含有相同能量孤立能级立能级ED施主浓度：施主浓度：ND第15页施主电离能施主电离能ED=弱束缚电子摆脱杂质原子弱束缚电子摆脱杂质原子束缚成为晶格中自由运动束缚成为晶格中自由运动 电子（导带中电子）所需电子（导带中电子）所需要能量要能量ECED ED=ECED施主电离能施主电离能EV-束缚态束缚态离化态离化态+第16页施主杂质电离能小，在施主杂质电离能小，在常温下基本上电离。常温下基本上电离。含有施主杂质半导体，其导电载流子主要是电含有施主杂质半导体，其导电载流子主要是电子子N型半导体，或电子型半导体型半导体，或电子型半导体晶晶体体杂质杂质PAsSbSi0.044 0.049 0.039Ge 0.01260.01270.0096第17页定义：n施主杂质施主杂质V族族元元素素在在硅硅、锗锗中中电电离离时时能能够够释释放放电电子子而而产产生生导导电电电电子子并并形形成成正正电电中中心心，称称这这类类杂杂质质为施主杂质或为施主杂质或n型杂质。型杂质。n施主电离施主电离施主杂质释放电子过程。施主杂质释放电子过程。n施主能级施主能级被被施施主主杂杂质质束束缚缚电电子子能能量量状状态态，记记为为ED，施施主电离能量为主电离能量为ED。nn型半导体型半导体依靠导带电子导电半导体。依靠导带电子导电半导体。第18页3、受主能级：举例：、受主能级：举例：Si中掺硼中掺硼B第19页 在在Si单晶中，单晶中，族受主替位杂质两种电荷状态价键族受主替位杂质两种电荷状态价键（a）电离态）电离态 （b）中性受主态）中性受主态 第20页价价价价带带空穴空穴空穴空穴 电电离受主离受主离受主离受主 B B-2、受主能级受主能级：举例：举例：Si中掺硼中掺硼B过程：过程：1.形成共价键时，形成共价键时，从从Si 原子中夺取一个电子，原子中夺取一个电子，Si 共价键中产生一个空穴；共价键中产生一个空穴；2.当空穴摆脱硼离子束缚，当空穴摆脱硼离子束缚，形成固定不动负电中心形成固定不动负电中心B-受主电离，受主电离能，受主受主电离，受主电离能，受主杂质（杂质（p型杂质），受主能级型杂质），受主能级第21页电离离结果：果：价带中空穴数增加了，这即是掺受受主意主意义所在1.受主处于束缚态，受主处于束缚态，2，受主电离，受主电离 3，受主电离后，受主电离后处于离化态处于离化态能能带带图图中中受受主主杂杂质质电电离离过过程程第22页在在Si中掺入中掺入BB含有得到电子性质，这类杂质称为含有得到电子性质，这类杂质称为受主杂质受主杂质。受主杂质向价带提供空穴。受主杂质向价带提供空穴。B取得一个电子变成取得一个电子变成负离子，成为负电中负离子，成为负电中心，周围产生带正电心，周围产生带正电空穴。空穴。BBEA受主浓度：受主浓度：NA第23页EcEvEA受主电离能和受主能级受主电离能和受主能级受主电离能受主电离能EA=空穴摆脱受主杂质束缚成为导电空穴摆脱受主杂质束缚成为导电 空穴所需要能量空穴所需要能量-束缚态束缚态离化态离化态+第24页受主杂质电离能小，在常受主杂质电离能小，在常温下基本上为价带电离电温下基本上为价带电离电子所占据子所占据空穴由受主空穴由受主能级向价带激发。能级向价带激发。含有受主杂质半导体，其导电载流子主要是空含有受主杂质半导体，其导电载流子主要是空穴穴P型半导体，或空穴型半导体型半导体，或空穴型半导体。晶晶体体杂质杂质BAlGaSi0.045 0.057 0.065Ge0.010.010.011第25页定义：n受主杂质受主杂质III族族元元素素在在硅硅、锗锗中中电电离离时时能能够够接接收收电电子子而而产产生生导导电电空空穴穴并并形形成成负负电电中中心心，称称这这类类杂杂质质为受主杂质或为受主杂质或p型杂质。型杂质。n受主电离受主电离受主杂质释放空穴过程。受主杂质释放空穴过程。n受主能级受主能级被被受受主主杂杂质质束束缚缚空空穴穴能能量量状状态态，记记为为EA。受受主电离能量为主电离能量为EAnp型半导体型半导体依靠价带空穴导电半导体。依靠价带空穴导电半导体。第26页施主和受主浓度：施主和受主浓度：ND、NA施主：施主：Donor，掺入半导体杂质原子向半导，掺入半导体杂质原子向半导体中提供导电电子，并成为带正电离子。如体中提供导电电子，并成为带正电离子。如Si中掺中掺P 和和As 受主：受主：Acceptor，掺入半导体杂质原子向半，掺入半导体杂质原子向半导体提供导电空穴，并成为带负电离子。如导体提供导电空穴，并成为带负电离子。如Si中掺中掺B小结！小结！第27页等电子杂质等电子杂质第28页N型半导体型半导体特征：特征：a 施主杂质电离，导带中施主杂质电离，导带中出现施主提供导电电子出现施主提供导电电子b 电子浓度电子浓度n 空穴浓度空穴浓度pP 型半导体型半导体特征：特征：a 受主杂质电离，价带中受主杂质电离，价带中出现受主提供导电空穴出现受主提供导电空穴b空穴浓度空穴浓度p 电子浓度电子浓度n ECEDEVEA-+-+EgN型和型和P型半导体都称为型半导体都称为极性半导体极性半导体第29页P型型半半导导体体价价带带空空穴穴数数由由受受主主决决定定，半半导导体体导导电电载载流流子子主主要要是是空空穴穴。空空穴穴为为多多子子，电电子子为为少子。少子。N型型半半导导体体导导带带电电子子数数由由施施主主决决定定，半半导导体体导导电电载载流流子子主主要要是是电电子子。电电子子为为多多子子，空空穴穴为为少子少子。多子多子多数载流子多数载流子少子少子少数载流子少数载流子第30页杂杂质质向向导导带带和和价价带带提提供供电电子子和和空空穴穴过过程程（电电子子从从施施主主能能级级向向导导带带跃跃迁迁或或空空穴穴从从受受主主能能级级向向价价带带跃跃迁迁）称称为为杂杂质质电电离离或或杂杂质质激激发发。含含有有杂杂质质激发半导体称为激发半导体称为杂质半导体杂质半导体 杂质激发杂质激发3.杂质半导体杂质半导体电子从价带直接向导带激发，成为导带自由电电子从价带直接向导带激发，成为导带自由电子，这种激发称为子，这种激发称为本征激发本征激发。只有本征激发半。只有本征激发半导体称为导体称为本征半导体本征半导体。本征激发本征激发N型和型和P型半导体都是型半导体都是杂质半导体杂质半导体 第31页施主向导带提供载流子施主向导带提供载流子=10161017/cm3 本征载流子浓度本征载流子浓度杂质半导体中杂质载流子浓度远高于杂质半导体中杂质载流子浓度远高于本征载流子浓度本征载流子浓度Si原子浓度为原子浓度为10221023/cm3掺入掺入P浓度浓度/Si原子浓度原子浓度=10-6比如：比如：Si 在室温下，本征载流子浓度为在室温下，本征载流子浓度为1010/cm3，第32页上述杂质特点：上述杂质特点：施主杂质：施主杂质：受主杂质：受主杂质：浅能级杂质浅能级杂质杂质双重作用：杂质双重作用：u 改变半导体导电性改变半导体导电性u 决定半导体导电类型决定半导体导电类型杂质能级在禁带中位置杂质能级在禁带中位置第33页4.浅能级杂质电离能简单计算浅能级杂质电离能简单计算+-施主施主-+受主受主浅能级杂质浅能级杂质=杂质离子杂质离子+束缚电子（空穴）束缚电子（空穴）类氢模型类氢模型第34页玻尔原子电子运动玻尔原子电子运动轨道半径轨道半径为：为：n=1为基态电子运动轨迹为基态电子运动轨迹玻尔能级：玻尔能级：玻尔原子模型玻尔原子模型第35页n类氢模型类氢模型氢原子中电子能量氢原子中电子能量n=1,2,3，为主量子数，当，为主量子数，当n=1和无穷时和无穷时第36页n氢原子基态电子电离能氢原子基态电子电离能n考考 虑虑 到到 正正、负负 电电 荷荷 处处 于于 介介 电电 常常 数数=0 0r r介介质质中中，且且处处于于晶晶格格形形成成周周期期性性势势场场中中运运动动，所所以以电电子子惯惯性性质质量量要要用用有有效质量代替效质量代替第37页类氢模型：类氢模型：计算束缚电子或空穴运动轨道计算束缚电子或空穴运动轨道半径及电离能半径及电离能运动轨道半径：运动轨道半径：电离能：电离能：第38页n施主杂质电离能施主杂质电离能n受主杂质电离能受主杂质电离能第39页对于对于Si中中P原子，剩下电子运动半径约为原子，剩下电子运动半径约为24.4：Si:a=5.4剩下电子本质上是剩下电子本质上是在晶体中运动在晶体中运动SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi：r=1.17第40页施主能级靠近导带底部施主能级靠近导带底部对于对于Si、Ge掺掺PEcEvED估算结果与实测值有估算结果与实测值有相同数量级相同数量级第41页对于对于Si、Ge掺掺BEcEvEA第42页EcED电离施主电离施主电离受主电离受主Ev5.杂质赔偿作用杂质赔偿作用(1)NDNA半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受半导体中同时存在施主和受主杂质，施主和受主之间有相互抵消作用主之间有相互抵消作用此时半导体为此时半导体为n型半导体型半导体 有效施主浓度有效施主浓度n=ND-NAEA第43页EcEDEAEv电离施主电离施主电离受主电离受主(2)NDNA时时 n=ND-NA ND，半导体是，半导体是n型型n当当NDNA时时 p=NA-ND NA，半导体是，半导体是p型型n当当NDNA时时赔偿半导体赔偿半导体n有效杂质浓度有效杂质浓度赔偿后半导体中净杂质浓度。赔偿后半导体中净杂质浓度。第46页6.深杂质能级深杂质能级依据杂质能级在禁带中依据杂质能级在禁带中位置，杂质分为：位置，杂质分为：浅能级杂质浅能级杂质能级靠近导带底能级靠近导带底Ec或价带顶或价带顶Ev，电离能很小电离能很小深能级杂质深能级杂质能级远离导带底能级远离导带底Ec或价带顶或价带顶Ev，电离能较大，电离能较大ECEDEVEAEgECEAEVEDEg第47页第48页深能级杂质深能级杂质n非非III、V族元素（族元素（52页图页图2-8/9）n特点特点多为替位式杂质多为替位式杂质硅硅、锗锗禁禁带带中中产产生生施施主主能能级级距距离离导导带带底底和和价价带带顶较远，形成深能级，称为深能级杂质。顶较远，形成深能级，称为深能级杂质。深深能能级级杂杂质质能能够够产产生生屡屡次次电电离离，每每次次电电离离均均对对应应一一个个能能级级。有有杂杂质质既既能能引引入入施施主主能能级级，又又能能引入受主能级。引入受主能级。第49页例例1：Au（族）在族）在Ge中中Au在Ge中共有五种五种可能状态：（1）Au+；（2）Au0；（3）Au一；（4）Au二；（5）Au三。第50页在在Ge中掺中掺Au 可产生可产生3个受主能级，个受主能级，1个施主能级个施主能级AuGeGeGeGeAu+Au0Au-Au2-Au3-第51页1.Au失去一个电子失去一个电子施主施主AuEcEvEDED=Ev+0.04 eV第52页EcEvEDEA1Au2.Au取得一个电子取得一个电子受主受主EA1=Ev+0.15eV第53页3.Au取得第二个电子取得第二个电子EcEvEDEA1Au2EA2=Ec-0.2eVEA2第54页4.Au取得第三个电子取得第三个电子EcEvEDEA1EA3=Ec-0.04eVEA2EA3Au3第55页深能级杂质特点深能级杂质特点：n不轻易电离，对载流不轻易电离，对载流子浓度影响不大；子浓度影响不大；n普通会产生多重能级，普通会产生多重能级，甚至既产生施主能级甚至既产生施主能级也产生受主能级。也产生受主能级。n能起到复合中心作用，能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降使少数载流子寿命降低。低。EcEvEDEAAu doped Silicon0.35eV0.54eV1.12eV0.29eV第56页0.35第57页2-2 化合物半导体中杂质能级化合物半导体中杂质能级 族化合物半导体中杂质族化合物半导体中杂质理想理想GaAs晶格晶格价键结构：价键结构：含有离子键成份共含有离子键成份共价键结构价键结构Ga-AsGaGaAsGaAs+GaAs第58页施主杂质施主杂质替换替换族元素族元素受主杂质受主杂质替换替换III族元素族元素两性杂质两性杂质III、族元素族元素等电子杂质等电子杂质同族原子取代同族原子取代第59页等电子杂质等电子杂质 等电子杂质等电子杂质是与基质晶体原子含有同数量是与基质晶体原子含有同数量价电子杂质原子替换了同族原子后，基价电子杂质原子替换了同族原子后，基本仍是电中性。不过因为本仍是电中性。不过因为共价半径共价半径和和电负电负性性不一样，它们能俘获某种载流子而成为不一样，它们能俘获某种载流子而成为带电中心。带电中心称为带电中心。带电中心称为等电子陷阱等电子陷阱。比如，比如，N取代取代GaP中中P而成为负电中心而成为负电中心电子陷阱电子陷阱空穴陷阱空穴陷阱第60页束束缚激子激子 等等电子陷阱俘子陷阱俘获一个符号一个符号载流子后，流子后，又因又因带电中心中心库仑作用又俘作用又俘获另一个另一个带电符号符号载流子，形成束流子，形成束缚激子。激子。第61页两性杂质两性杂质举例：举例：GaAs中掺中掺Si（族）族）Ga：族族 As：族族 Si Ga 施主施主 两性杂质两性杂质 SiAs 受主受主两性杂质两性杂质：在化合物半导体中，某种杂质在化合物半导体中，某种杂质在在 其中既能够作施主又能够作受主，这其中既能够作施主又能够作受主，这种杂质称为种杂质称为两性杂质两性杂质。第62页2.32.3氮化镓、氮化铝、碳化氮化镓、氮化铝、碳化硅中杂质能级硅中杂质能级第63页点缺点：空位、间隙原子点缺点：空位、间隙原子线缺点：位错线缺点：位错面缺点：层错、晶界面缺点：层错、晶界SiSiSiSiSiSiSiSiSi1、缺点类型、缺点类型2-4 缺点能级缺点能级第64页2.元素半导体中缺点元素半导体中缺点(1)空位空位SiSiSiSiSiSiSiSi原子空位起原子空位起受主受主作用。作用。第65页(2)填隙填隙SiSiSiSiSiSiSiSiSiSi间隙原子缺点起间隙原子缺点起施主施主作用作用 第66页AsGaAsAsAsAsGaAsGaGaGaAsGaAsGaAs反结构缺点反结构缺点GaAs受主受主 AsGa施主施主3.GaAs晶体中点缺点晶体中点缺点空位空位VGa、VAs VGa受主受主 VAs 施主施主间隙原子间隙原子GaI、AsI GaI施主施主 AsI受主受主e第67页4.族化合物半导体缺点族化合物半导体缺点族化合物半导体族化合物半导体离子键结构离子键结构负离子负离子正离子正离子+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-第68页a.负离子空位负离子空位产生正电中心，起施主作用产生正电中心，起施主作用+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-电负性小电负性小第69页b.正离子填隙正离子填隙产生正电中心，起施主作用产生正电中心，起施主作用+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+第70页产生负电中心，起受主作用产生负电中心，起受主作用c.正离子空位正离子空位+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-电负性大第71页产生负电中心，起受主作用产生负电中心，起受主作用d.负离子填隙负离子填隙+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-第72页负离子空位负离子空位产生正电中心，起施主作用产生正电中心，起施主作用正离子填隙正离子填隙正离子空位正离子空位负离子填隙负离子填隙产生负电中心，起受主作用产生负电中心，起受主作用第73页第二章第二章 半导体中杂质和缺点能级半导体中杂质和缺点能级1.什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2.什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出n型半导体。型半导体。3.什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出p型半导体。型半导体。4.掺杂半导体与本征半导体之间有何差异？试举掺杂半导体与本征半导体之间有何差异？试举例说明掺杂对半导体导电性能影响。例说明掺杂对半导体导电性能影响。5.两性杂质和其它杂质有何异同？两性杂质和其它杂质有何异同？6.深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响？深能级杂质和浅能级杂质对半导体有何影响？7.何谓杂质赔偿？杂质赔偿意义何在？何谓杂质赔偿？杂质赔偿意义何在？第74页1、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体禁带、解：浅能级杂质是指其杂质电离能远小于本征半导体禁带宽度杂质。它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电宽度杂质。它们电离后将成为带正电（电离施主）或带负电（电离受主）离子，并同时向导带提供电子或向价带提供空（电离受主）离子，并同时向导带提供电子或向价带提供空穴。穴。2、解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电、解：半导体中掺入施主杂质后，施主电离后将成为带正电离子，并同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。离子，并同时向导带提供电子，这种杂质就叫施主。施主电离成为带正电离子（中心）过程就叫施主电离。施施主电离成为带正电离子（中心）过程就叫施主电离。施主电离前不带电，电离后带正电。比如，在主电离前不带电，电离后带正电。比如，在Si中掺中掺P，P为为族族元素。元素。本征半导体本征半导体Si为为族元素，族元素，P掺入掺入Si中后，中后，P最外层电子有最外层电子有四个与四个与Si最外层四个电子配对成为共价电子，而最外层四个电子配对成为共价电子，而P第五个外层第五个外层电子将受到热激发摆脱原子实束缚进入导带成为自由电子。电子将受到热激发摆脱原子实束缚进入导带成为自由电子。这个过程就是施主电离。这个过程就是施主电离。第75页3、解：半导体中掺入受主杂质后，受主电离、解：半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电离子，并同时向价带提供空后将成为带负电离子，并同时向价带提供空穴，这种杂质就叫受主。穴，这种杂质就叫受主。受主电离成为带负电离子（中心）过程受主电离成为带负电离子（中心）过程就叫受主电离。就叫受主电离。受主电离前带不带电，电离后带负电。受主电离前带不带电，电离后带负电。比如，在比如，在Si中掺中掺B，B为为族元素，而本征半族元素，而本征半导体导体Si为为族元素，族元素，P掺入掺入B中后，中后，B最外层三最外层三个电子与个电子与Si最外层四个电子配对成为共价电最外层四个电子配对成为共价电子，而子，而B倾向于接收一个由价带热激发电子。倾向于接收一个由价带热激发电子。这个过程就是受主电离。这个过程就是受主电离。第76页4、解：在纯净半导体中掺入杂质后，能够控制半导体导电特、解：在纯净半导体中掺入杂质后，能够控制半导体导电特征。掺杂半导体又分为征。掺杂半导体又分为n型半导体和型半导体和p型半导体。型半导体。比如，在常温情况下，本征比如，在常温情况下，本征Si中电子浓度和空穴浓度均为中电子浓度和空穴浓度均为1.5x1010cm-3。当在。当在Si中掺入中掺入1.0 x1016cm-3 P后，半导体中电子浓后，半导体中电子浓度将变为度将变为1.0 x1016cm-3，而空穴浓度快要似为，而空穴浓度快要似为2.25x104cm-3。半。半导体中多数载流子是电子，而少数载流子是空穴。导体中多数载流子是电子，而少数载流子是空穴。5、解：两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主杂质。、解：两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主杂质。如如-族族GaAs中掺中掺族族Si假如假如Si替位替位族族As，则，则Si为施主；假为施主；假如如Si替位替位族族Ga，则，则Si为受主。所掺入杂质详细是起施主还是为受主。所掺入杂质详细是起施主还是受主与工艺相关。受主与工艺相关。6、解：深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱作用。、解：深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱作用。浅能级杂质在半导体中起施主或受主作用。浅能级杂质在半导体中起施主或受主作用。7、当半导体中现有施主又有受主时，施主和受主将先相互抵、当半导体中现有施主又有受主时，施主和受主将先相互抵消，剩下杂质最终电离，这就是杂质赔偿。消，剩下杂质最终电离，这就是杂质赔偿。利用杂质赔偿效应，能够依据需要改变半导体中某个区域导利用杂质赔偿效应，能够依据需要改变半导体中某个区域导电类型，制造各种器件。电类型，制造各种器件。第77页第78页第79页第80页第二章 习题1.P64 习题习题 72.设计一个试验：首先将一块本征半导体设计一个试验：首先将一块本征半导体变成变成N型半导体，然后再设法使它变成型半导体，然后再设法使它变成P型半导体。型半导体。第81页