1、第二章半導體中的雜質和缺陷能級第二章半導體中的雜質和缺陷能級金鋼石晶體結構中的四面體間隙位置金鋼石晶體結構中的六角形間隙位置SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi 施施 主主 摻摻 雜雜（摻磷（摻磷）SiP+SiSiSiSiSiSiSi-磷替代硅，其效果是磷替代硅，其效果是形成一個正電中心形成一個正電中心P+和一個多余的價電子。和一個多余的價電子。這個多余的價電子就這個多余的價電子就束縛在正電中心束縛在正電中心P+的的周圍（弱束縛）。周圍（弱束縛）。+4+4+5+4多余多余價電子價電子磷原子磷原子帶有分立的施主能級帶有分立的施主能級的能帶圖的能帶圖施主能

2、級電離能帶圖施主能級電離能帶圖 受受 主主 摻摻 雜雜（摻硼）（摻硼）SiB-SiSiSiSiSiSiSi+硼原子接受一個電子后，硼原子接受一個電子后，成為帶負電的硼離子，成為帶負電的硼離子，稱為負電中心（稱為負電中心（B- ） 。帶負電的硼離子和帶正帶負電的硼離子和帶正電的空穴間有靜電引力電的空穴間有靜電引力作用，這個空穴受到硼作用，這個空穴受到硼離子的束縛，在硼離子離子的束縛，在硼離子附近運動。附近運動。空穴空穴B-+4+4+3+4受主能級電離能帶圖受主能級電離能帶圖帶有分立的受主能級帶有分立的受主能級的能帶圖的能帶圖 被受主雜質束縛的空穴的能量狀態稱為受主能級EA。 施主能級位于離價帶頂

3、很近的禁帶中 雜質原子間的相互作用可忽略，某一種雜質的受主能級是一些具有相同能量的孤立能級。表2-2 硅、鍺晶體中III族雜質的電離能(eV)施主和受主濃度：施主和受主濃度：ND、NA施主：施主：Donor，摻入半導體的雜質原子向半導體中，摻入半導體的雜質原子向半導體中 提供導電的電子，并成為帶正電的離子。如提供導電的電子，并成為帶正電的離子。如 Si中摻的中摻的P 和和As受主：受主：Acceptor，摻入半導體的雜質原子向半導體中，摻入半導體的雜質原子向半導體中 提供導電的空穴，并成為帶負電的離子。如提供導電的空穴，并成為帶負電的離子。如 Si中摻的中摻的B 總結222024032nqmE

4、nn=1時,基態電子能量eVqmE613322202401.n=時，氫原子電離E=0氫原子的電離能eVEEE6 .1310eVEEE6 .13102020022022461332rnrnrnDmmEmmqmE*.0*26. 0mmn12reVED025. 00*12. 0mmn0*12. 0mmn0*12. 0mmn16reVED0064. 020*200*22024*6 .138rPrPrPAmmEmmhqmE00220220202044rmmnmqrnmqrnrnr*基態下（n=1），氫原子的軌道半徑：nmr05301.作業：第二章習題7第二章習題8兩題都加上第三小問 請畫出雜質能級的能帶

5、圖n在半導體中，若同時存在著在半導體中，若同時存在著施主施主和和受主受主雜質，施雜質，施受主雜質之間有受主雜質之間有互相抵消互相抵消的作用，通常稱為的作用，通常稱為雜質雜質的補償作用的補償作用。NDNANANDNANDNDNA因為受主能級低于施主能級，所以施主雜質的電子首先躍遷到NA個受主能級上，還有ND-NA個電子在施主能級上，雜質全部電離時，躍遷到導帶中的導電電子的濃度為n= ND-NA。即則有效施主濃度為NAeff ND-NAECEVEDEA2、 當當NAND 施主能級上的全部電子躍遷到受主能級上，施主能級上的全部電子躍遷到受主能級上，受主能級上還有受主能級上還有NA-ND個空穴，它們可

6、接受價個空穴，它們可接受價帶上的帶上的NA-ND個電子，在價帶中形成的空穴濃個電子，在價帶中形成的空穴濃度度p= NA-ND. 即有效受主濃度為即有效受主濃度為NAeff NA-NDECEVEDEA3、當NAND時， 不能向導帶和價帶提供電子和空穴，稱為雜質的高度補償. 這種材料容易被誤認高純半導體，實際上含雜質很多，性能很差， 不能用采制造半導體器件. 雜質補償作用雜質補償作用是制造各種半導體器件的基礎是制造各種半導體器件的基礎 如能根據需要用擴散或離子注人方法來改變半導如能根據需要用擴散或離子注人方法來改變半導體中某一區域的導電類型，以制成各種器件體中某一區域的導電類型，以制成各種器件.

7、晶體管制造過程中的雜質補償晶體管制造過程中的雜質補償n型型Si外延層外延層PN硼磷NN金在鍺中產生的能級金在鍺中產生的能級金在鍺中產生4個能級， ED是施主能級，EA1、EA2和EA3是受主能級。中性金原子只有一個價電子，它取代鍺原子后，金的這一價電子可以電離躍遷到導帶，形成施主能級ED。它也可以從價帶接受3個電子，形成三個受主能級。金有5種荷電狀態，Au+, Au0, Au-, Au-,Au-ECEVEDEA1EiEA2EA30.040.200.150.04金在鍺中的能級金在鍺中的能級晶體雜質GaAsGaPGaAs、GaP晶體中受主雜質的電離能晶體中受主雜質的電離能GaAs電子濃度和硅雜質濃度的關系電子濃度和硅雜質濃度的關系晶體雜質GaAsGaPGaAs、GaP晶體中受主雜質的電離能（晶體中受主雜質的電離能（eV) 間隙原子缺陷：間隙原子缺陷：只有間隙原子而無原子空位只有間隙原子而無原子空位肖特基缺陷：肖特基缺陷：n2.3.2 位錯 線位錯（在一條線附近原子的排列偏離了嚴格的周期性） 面位錯（在一個面附近原子的排列偏離了嚴格的周期性） 根據實驗測得： Si中