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LOGO第二章半导体中杂质和缺陷能级1、硅、锗中晶体中的杂质能级2、缺陷、位错能级LOGO教学目标、教学重点与难点•教学目标•教学重点难点半导体中的杂质和缺陷能级的原理及作用杂质与缺陷的作用，对半导体性质的影响；深能级杂质。LOGO第二章半导体中杂质和缺陷能级1、硅、锗中晶体中的杂质能级2、缺陷、位错能级LOGO硅、锗中晶体中的杂质能级替位式杂质间隙式杂质B替位式杂质A间隙式杂质LOGO施主杂质、施主能级掺入施主杂质磷P硅、锗中晶体中的杂质能级电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离LOGO如何用能带理论解释施主杂质？硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO杂质能级硅、锗中晶体中的杂质能级DE施主能级杂质电离能LOGO施主电离能：△ED=EC-ED硅、锗中晶体中的杂质能级EcEvED得到能量DE＋＋＋LOGOSi、Ge中Ⅴ族杂质的电离能△ED（eV）晶体杂质电离能△ED禁带宽度EgPAsSbSi0.0440.0490.0391.12Ge0.01260.01270.00960.67硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO掺入受主杂质硼（B）硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO如何用能带理论解释受主杂质？硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO硅、锗中晶体中的杂质能级EcEvEA得到能量AE---LOGO浅能级杂质=杂质离子+束缚电子（空穴）硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO特点：施主电离能△EDEg受主电离能△EAEg—即所谓的浅能级杂质硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO杂质的补偿：既掺有施主杂质又掺有受主杂质杂质补偿作用分为三种情况考虑：ND施主杂质浓度，NA受主杂质浓度（A）NDNA时（B）NAND时（C）ND≈NA时硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO（A）NDNA时因EA在ED之下，ED上的束缚电子首先填充EA上的空位，即施主与受主先相互“抵消”，剩余的束缚电子再电离到导带上。所以：有效的施主浓度ND*=ND-NA硅、锗中晶体中的杂质能级→n型半导体LOGO（B）NAND时因EA在ED之下，ED上的束缚电子首先填充EA上的空位，即施主与受主先相互“抵消”，剩余的束缚空穴再电离到价带上。所以：有效的施主浓度NA*=NA-ND硅、锗中晶体中的杂质能级→P型半导体LOGO（C）NA≈ND时杂质的高度补偿本征激发的导带电子本征激发的价带空穴EvEcEAED硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO（1）浅能级杂质△ED、△EA远小于Eg（2）深能级杂质△ED、△EA和Eg相当硅、锗中晶体中的杂质能级LOGO例：Au（Ⅰ族）在Ge中Au在Ge中共有五种可能的状态：（1）Au+（2）Au0（3）Au-（4）Au2-（5）Au3-硅、锗中晶体中的杂质能级EcEvEDEiEA1EA2EA3LOGO第二章半导体中杂质和缺陷能级硅、锗中晶体中的杂质能级缺陷、位错能级LOGO尘埃粒子所造成的不同腐蚀的影响在IC制造中必须要求洁净的厂房，因为尘埃可能会粘附于晶片或掩模版上造成器件的缺陷从而使电路失效。缺陷？LOGO颗粒引起的缺陷LOGO颗粒的大小要小于器件上最小特征图形尺寸的1/10。（就是说直径为0.03微米的颗粒将会损坏0.3微米线宽大小的特征图形）否则会造成器件功能的致命伤害。人类毛发的直径1米微1cm=10000米微颗粒引起的缺陷LOGO缺陷、位错能级缺陷对材料性能有重要的影响理想晶体：质点严格按照空间点阵排列实际晶体：存在各种各样的结构不完整性形成原因：1、热缺陷（晶格位置缺陷)2、杂质缺陷(组成缺陷）LOGO（1）弗伦克尔缺陷（Frenkel）原子进入晶格的间隙位置，空位和间隙原子同时出现，晶体体积不发生变化，晶体不会因为出现空位而产生密度变化。1、热缺陷（晶格位置缺陷)特点：空位与间隙粒子成对出现，数量相等，晶体体积不发生变化。缺陷、位错能级LOGO（2）肖特基缺陷（Schottky）表面层原子获得较大能量，离开原来格点位跑到表面外新的格点位，原来位置形成空位这样晶格深处的原子就依次填入，结果表面上的空位逐渐转移到内部去。特点：晶体表面增加了新的原子层，晶体内部只有空位缺陷。晶体体积膨胀，密度下降。1、热缺陷（晶格位置缺陷)缺陷、位错能级LOGO2、杂质缺陷(组成缺陷）外来原子进入主晶格产生的缺陷。在原晶体结构中进入了杂质原子，它与固有原子性质不同，破坏了原子排列的周期性，杂质原子在晶体中占据两种位置：（2）替位式杂质（1）间隙式杂质缺陷、位错能级LOGO点缺陷和位错点缺陷：在三维尺寸均很小，只在某些位置发生，只影响邻近几个原子。是处于原子大小数量级上的缺陷线缺陷（位错)：缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。这种线缺陷又称位错。缺陷、位错能级LOGO总结与复习施主杂质、施主能级受主杂质、受主能级如何用能带理论解释什么是施主杂质、施主杂质杂质的补偿作用深能级杂质