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1、杂质的补偿作用半导体中同时存在施主和受主杂质时,半导体是N型还是P型由杂质的浓度差决定半导体中净杂质浓度称为有效杂质浓度(有效施主浓度;有效受主浓度)掺杂的方法:可以利用扩散或离子注入的方法来改变半导体某一区域的导电类型杂质的高度补偿()将降低载流子浓度多数载流子(多子)与少数载流子(少子)N型半导体ND表施主杂质浓度,NA表受主杂质浓度,两者同时存在,半导体究竟是n型还是p型?(假定施主杂质和受主杂质都完全电离)当ND>>NA时,受主能级低于施主能级,施主杂质的电子首先跃迁到NA个受主能级,还有ND-NA个电子在施主能级上,n=ND-NA≈ND有效施主浓度P型半导体P型半导体当NA>>ND时,施主能级跃迁到受主能级后,受主能级还有NA-ND个空穴,p=NA-ND≈NA
有效受主浓度
杂质补偿作用是制造各种半导体器件的基础。
如能根据需要用扩散或离子注人方法来改变半导体中某一区域的导电类型,以制成各种器件.晶体管制造过程中的杂质补偿n型Si外延层PN硼
问题----控制不当,会出现ND
≈NA的现象。这时,施主电子刚好够填充受主能级,虽然杂质很多,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.
这种材料容易被误认高纯半导体,实际上含杂质很多,性能很差,不能用采制造半导体器件.杂质半导体的示意表示法------------------------P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系,起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。+4+4+5+4+4+4+3+4施主杂质电离后向半导体提供(),受主杂质电离后向半导体提供(),本征激发向半导体提供()A.空穴B.电子磷原子电子硼原子空穴填空:电子被施主杂质束缚时的能量比导带底Ec();被施主杂质束缚的()的能量状态称为()。空穴被受主杂质束缚时的能量比价带顶Ev();被受主杂质束缚的()的能量状态称为()。浅-深能级浅能级:硅、锗中的III、Ⅴ族杂质的电离能都很。允苤髂芗逗芙咏诩鄞,施主能级很接近于导带低。浅能级杂质电离能的简单计算:电离能很低束缚微弱利用类氢模型(1)氢原子基态电离能(2)用类氢原子模型估算浅能级杂质电离能半导体中相对介电常数εr,杂质应处于介电常数为εoεr的介质中,负电荷所受引力将衰减εr倍,束缚能量降减弱εr2倍;此时电子是在晶格周期性势场中运动,所以用mn*代替电子惯性质量mo∴施主杂质电离能可表示为:锗、硅的相对介电常数εr
分别为16,12。锗ΔΕD
=0.05mn*/m0
硅ΔED
=0.1mn*/m0而mn*/m0
,mn*/m0
小于1.硅锗中杂质电离能肯定小于0.1eV和0.05eV.受主杂质讨论相同.显而易见是浅能级杂质.同理,受主杂质电离能为深能级杂质
在Si、Ge中掺入非Ⅲ、Ⅴ族杂质后,在Si、Ge禁带中产生的施主能级ED距导带底EC较远,产生的受主能级EA距价带顶EV较远,这种能级称为深能级,对应的杂质称为深能级杂质。不容易电离,对载流子浓度影响不大一般会产生多重能级,甚至既产生施主能级也产生受主能级。能起到复合中心作用,使少数载流子寿命降低(在第五章详细讨论)。深能级杂质电离后以为带电中心,对载流子起散射作用,使载流子迁移率减少,导电性能下降。深能级杂质特点替位式杂质可能取代Ⅲ族原子,也有可能取代Ⅴ族原子,情况较为复杂。
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