半導(dǎo)體第2章(3)

1、2.5.2 類氫模型類氫模型當(dāng)有一個當(dāng)有一個V族原子代替硅原子占據(jù)族原子代替硅原子占據(jù)Si的格點(diǎn)時，的格點(diǎn)時，Si中的中的勢場就象在嚴(yán)格的周期勢場上增加了一個正電中心所勢場就象在嚴(yán)格的周期勢場上增加了一個正電中心所產(chǎn)生的庫侖勢場產(chǎn)生的庫侖勢場只要這個附加勢場變化足夠緩慢，只要這個附加勢場變化足夠緩慢，導(dǎo)帶電子的運(yùn)動依導(dǎo)帶電子的運(yùn)動依然可以由有效質(zhì)量加以描述然可以由有效質(zhì)量加以描述，遵守類似于自由電子所，遵守類似于自由電子所遵守的量子力學(xué)方程：遵守的量子力學(xué)方程： 1)()()(222rEfrfrVm式中式中V(r)為晶體中的附加勢場，為晶體中的附加勢場，m為電子有效質(zhì)量，它為電子有效質(zhì)量，它概

2、括了周期勢場的作用波函數(shù)概括了周期勢場的作用波函數(shù)f(r)是實(shí)際電子波函數(shù)是實(shí)際電子波函數(shù)的包絡(luò)的包絡(luò)同樣的結(jié)論也適用于空穴同樣的結(jié)論也適用于空穴上述近似描述稱為有效質(zhì)量近似上述近似描述稱為有效質(zhì)量近似(2-5-3)2在各向同性有效質(zhì)量的情況下在各向同性有效質(zhì)量的情況下,電子圍繞正電中心的電子圍繞正電中心的運(yùn)動與圍繞氫原子核的運(yùn)動完全相似庫侖勢場運(yùn)動與圍繞氫原子核的運(yùn)動完全相似庫侖勢場re024/代替了真空中的代替了真空中的re024/. :相對介電常數(shù)相對介電常數(shù)半導(dǎo)體中通常相對介電常數(shù)較大半導(dǎo)體中通常相對介電常數(shù)較大(接近或大于接近或大于10)，施主施主中心的庫侖勢場的作用將大大削弱中心的

3、庫侖勢場的作用將大大削弱由由3氫原子基態(tài)電子的電離能為氫原子基態(tài)電子的電離能為6 .13822040eVhemH(2-5-4)代替代替20220248Himmhme用有效用有效質(zhì)量質(zhì)量m代替上式中自由電子質(zhì)量代替上式中自由電子質(zhì)量m0，用，用/2e2e我們可以得到雜質(zhì)的電離能為我們可以得到雜質(zhì)的電離能為(2-5-5)4Ge和和Si的介電常數(shù)分別為的介電常數(shù)分別為16和和12ml /m0mt /m0mpl /m0 mph /m0Ge 1.640.082 0.044 0.3Si0.980.190.167 0.55Ge、Si中電子有效質(zhì)量為各向異性，在電子的運(yùn)動方中電子有效質(zhì)量為各向異性，在電子的運(yùn)

4、動方程中必須計入相應(yīng)地，式程中必須計入相應(yīng)地，式(2-5-5)中的中的m是某種適當(dāng)是某種適當(dāng)?shù)钠骄档钠骄?PAsSb有效質(zhì)量近有效質(zhì)量近似似GeSi0.01200.0440.01270.0490.00960.0390.00920.029表表23 Ge, Si中中V族和族和III族雜質(zhì)電離能實(shí)驗(yàn)值和有效族雜質(zhì)電離能實(shí)驗(yàn)值和有效質(zhì)量近似的計算值質(zhì)量近似的計算值 (eV) (1) V族施主雜質(zhì)族施主雜質(zhì)6BAlGeIn有效質(zhì)有效質(zhì)量近似量近似GeSi0.010.0450.010.0570.0110.0650.0110.160.00890.034(2) III族受主雜質(zhì)族受主雜質(zhì)在半導(dǎo)體中由于正電

5、中心對電子束縛大為減弱，電子將具在半導(dǎo)體中由于正電中心對電子束縛大為減弱，電子將具有較大的軌道半徑有較大的軌道半徑我們也可以類似于氫原子，求出雜質(zhì)的等效玻爾半徑氫我們也可以類似于氫原子，求出雜質(zhì)的等效玻爾半徑氫原子的玻爾半徑為原子的玻爾半徑為: Ameha53.00022(2-5-6)7類似地以類似地以/2e代替代替2e, 以以m代替代替m0，可得雜質(zhì)等效，可得雜質(zhì)等效玻爾半徑玻爾半徑 ammmeha)(0202*也可以利用雜質(zhì)的電離能也可以利用雜質(zhì)的電離能 i 把它表示為把它表示為)1)(20. 7802*AeVeaii (2-5-7) (2-5-8)8代入代入Ge和和Si的相對介電常數(shù)的相

6、對介電常數(shù)16和和12，施主電離能，施主電離能0.01 eV和和0.04 eV，可估算得，可估算得a*分別為分別為45 A 和和15 A PAsSb有效質(zhì)量近有效質(zhì)量近似似GeSi0.01200.0440.01270.0490.00960.0390.00920.029BAlGeIn有效質(zhì)量有效質(zhì)量近似近似GeSi0.010.0450.010.0570.0110.0650.0110.160.00890.0349類氫模型比較粗糙類氫模型比較粗糙:Ge和和Si中不同施主或受主雜質(zhì)的電離能并不完全相同。中不同施主或受主雜質(zhì)的電離能并不完全相同。在在Si中表現(xiàn)得更為明顯中表現(xiàn)得更為明顯 (參看表參看表2

7、.3)表表2.3 Ge, Si中中V族和族和III族雜質(zhì)的電離能的實(shí)驗(yàn)值族雜質(zhì)的電離能的實(shí)驗(yàn)值和有效質(zhì)量近似的計算值和有效質(zhì)量近似的計算值/eV 每種雜質(zhì)的勢場在離雜質(zhì)中心很近的地方不盡相同每種雜質(zhì)的勢場在離雜質(zhì)中心很近的地方不盡相同; 雜質(zhì)原子半徑不同而引起的晶格畸變不同雜質(zhì)原子半徑不同而引起的晶格畸變不同;簡單的長程庫侖勢并不能計入雜質(zhì)中心帶來的全部影響簡單的長程庫侖勢并不能計入雜質(zhì)中心帶來的全部影響.10但是：但是：當(dāng)電子的軌道半徑較大時，中心附近勢場的差異對電當(dāng)電子的軌道半徑較大時，中心附近勢場的差異對電子運(yùn)動產(chǎn)生的影響會比較小子運(yùn)動產(chǎn)生的影響會比較小Ge的情況正是如此與之相比，的情況

8、正是如此與之相比，Si中電子軌道半徑較中電子軌道半徑較小，不同雜質(zhì)間的差異表現(xiàn)得更為明顯小，不同雜質(zhì)間的差異表現(xiàn)得更為明顯1112)1)(20. 7802*AeVeaii (2-5-8)GaAs中，施主電離能更小，只有中，施主電離能更小，只有0.006eV，由式，由式(2-5-8)求出的軌道半徑可達(dá)求出的軌道半徑可達(dá)90 A , 施主電離能之間的差異施主電離能之間的差異更小更小20220248Himmhme(2-5-5) 通常把能夠用類氫模型描述的雜質(zhì)稱為通常把能夠用類氫模型描述的雜質(zhì)稱為類氫雜質(zhì)類氫雜質(zhì)由前面的分析可知，它們是一些離導(dǎo)帶很近的施主和由前面的分析可知，它們是一些離導(dǎo)帶很近的施主

9、和離價帶很近的受主雜質(zhì)，稱為離價帶很近的受主雜質(zhì)，稱為淺能級雜質(zhì)淺能級雜質(zhì). 1314在在Ge、Si中還有另一種類型的類氫雜質(zhì)：中還有另一種類型的類氫雜質(zhì)：Li. Li在在Ge、Si中占據(jù)晶格間隙位置，稱為中占據(jù)晶格間隙位置，稱為間隙式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì)它的一個價電子無須用來形成共價鍵。它的一個價電子無須用來形成共價鍵。Li向晶體貢獻(xiàn)一向晶體貢獻(xiàn)一個電子和一個正電中心，因此行為類似于個電子和一個正電中心，因此行為類似于V族元素族元素 2.5.3 深能級雜質(zhì)深能級雜質(zhì) III族和族和V族元素以外的雜質(zhì)在族元素以外的雜質(zhì)在Ge、Si中所產(chǎn)生的施中所產(chǎn)生的施主和受主能級一般都分別距離導(dǎo)帶和價帶邊比較遠(yuǎn)，

10、主和受主能級一般都分別距離導(dǎo)帶和價帶邊比較遠(yuǎn)，稱為稱為深能級雜質(zhì)深能級雜質(zhì)。這些深能級雜質(zhì)大多能在這些深能級雜質(zhì)大多能在Ge、Si中產(chǎn)生中產(chǎn)生多重能級多重能級. 1516盡管在盡管在Ge、Si晶格中有較大空隙，但除了晶格中有較大空隙，但除了H、He和和Li等以外，大多數(shù)雜質(zhì)以代位方式占據(jù)晶格的位置等以外，大多數(shù)雜質(zhì)以代位方式占據(jù)晶格的位置因此我們?nèi)钥蓮墓矁r鍵的角度來認(rèn)識許多雜質(zhì)在因此我們?nèi)钥蓮墓矁r鍵的角度來認(rèn)識許多雜質(zhì)在Ge、Si中的作用中的作用VI族元素族元素Se和和Te在在Ge中產(chǎn)生兩重施主能級中產(chǎn)生兩重施主能級代替代替Ge原子占據(jù)晶格位置的原子占據(jù)晶格位置的VI族元素雜質(zhì)除了以四族元素雜

11、質(zhì)除了以四個價電子完成與近鄰原子的共價鍵以外，多余兩個個價電子完成與近鄰原子的共價鍵以外，多余兩個電子電子它們環(huán)繞帶有兩個正電荷的中心運(yùn)動。它們環(huán)繞帶有兩個正電荷的中心運(yùn)動。 1718很粗略地看就象一個氦原子。很粗略地看就象一個氦原子。正電中心對于每一個電子的束縛比類氫雜質(zhì)中的更強(qiáng)正電中心對于每一個電子的束縛比類氫雜質(zhì)中的更強(qiáng)對于每一個電子來說，處于同一殼層上的另一個電子對對于每一個電子來說，處于同一殼層上的另一個電子對正電中心的屏蔽是不完全的因此平均來說每個電子受正電中心的屏蔽是不完全的因此平均來說每個電子受到大于一個電子電荷的正電中心的作用到大于一個電子電荷的正電中心的作用在第一個電子電離

12、以后，正電中心將表現(xiàn)為兩個正電在第一個電子電離以后，正電中心將表現(xiàn)為兩個正電荷，因?yàn)榱硪粋€電子的部分屏蔽作用不存在了荷，因?yàn)榱硪粋€電子的部分屏蔽作用不存在了因此使第二個電子電離就需要更大的能量因此使第二個電子電離就需要更大的能量19可以用深淺不同的兩個能級描述先后的兩次電離可以用深淺不同的兩個能級描述先后的兩次電離第二個電子的電離與較深的能級相對應(yīng)。第二個電子的電離與較深的能級相對應(yīng)。20注意：第二個能級注意：第二個能級(較深的能級較深的能級)的存在以第一個電子的存在以第一個電子的電離為條件的電離為條件在兩個電子都未電離以前，任一個電子都將以相應(yīng)于在兩個電子都未電離以前，任一個電子都將以相應(yīng)于

13、第一個能級的能量，而不是以相應(yīng)于第二個能級的能第一個能級的能量，而不是以相應(yīng)于第二個能級的能量電離量電離類似地，類似地，族雜質(zhì)一般將可以產(chǎn)生兩重受主能級族雜質(zhì)一般將可以產(chǎn)生兩重受主能級 I族元素原則上可以產(chǎn)生三重受主能級族元素原則上可以產(chǎn)生三重受主能級在在Ge中，中，Cu、Ag、Au產(chǎn)生三重受主能級產(chǎn)生三重受主能級; Cu在在Si中也產(chǎn)生三重受主能級。中也產(chǎn)生三重受主能級。但并不是按價鍵的圖象所預(yù)言的施主或受主能級都但并不是按價鍵的圖象所預(yù)言的施主或受主能級都已觀察到已觀察到 21還有一些雜質(zhì)在同一半導(dǎo)體中既可起施主作用，又可還有一些雜質(zhì)在同一半導(dǎo)體中既可起施主作用，又可起受主作用，這種雜質(zhì)稱

14、為兩性雜質(zhì)起受主作用，這種雜質(zhì)稱為兩性雜質(zhì).雜質(zhì)的兩性行為可以有不同的起因雜質(zhì)的兩性行為可以有不同的起因22一種情況是同一雜質(zhì)在晶格中占據(jù)不同的位置一種情況是同一雜質(zhì)在晶格中占據(jù)不同的位置施主和受主作用分別與所占據(jù)的不同晶格位置相對應(yīng)施主和受主作用分別與所占據(jù)的不同晶格位置相對應(yīng)例如例如Si在在GaAs中形成的施主能級和受主能級都是淺能級中形成的施主能級和受主能級都是淺能級.施主能級在受主能級之上施主能級在受主能級之上2324另一種情況是雜質(zhì)在晶格中只有一種晶格形態(tài)，但即另一種情況是雜質(zhì)在晶格中只有一種晶格形態(tài)，但即可給出電子，也可接受電子，起施主或受主作用可給出電子，也可接受電子，起施主或受

15、主作用對這種情形，施主能級和受主能級的相對位置一般是對這種情形，施主能級和受主能級的相對位置一般是受主能級在施主能級之上。并且都是深能級雜質(zhì)受主能級在施主能級之上。并且都是深能級雜質(zhì). 25因?yàn)槭苤髂芗壉浑娮诱紦?jù)時帶負(fù)電；施主能級被電子因?yàn)槭苤髂芗壉浑娮诱紦?jù)時帶負(fù)電；施主能級被電子占據(jù)時呈電中性。占據(jù)時呈電中性。因而，從其受主能級上（對應(yīng)于由中性的中心）向?qū)б蚨?，從其受主能級上（對?yīng)于由中性的中心）向?qū)Ыo出一個電子，比從吸引庫侖中心電離一個電子需帶給出一個電子，比從吸引庫侖中心電離一個電子需要更少的能量。要更少的能量。在在Ge、Si中中Au是研究得比較多的雜質(zhì)是研究得比較多的雜質(zhì)在在Si中中

16、Au產(chǎn)生一個施主能級和一個受主能級，并產(chǎn)生一個施主能級和一個受主能級，并且受主能級在施主能級之上且受主能級在施主能級之上實(shí)驗(yàn)上可以肯定這些能級都由代位式的實(shí)驗(yàn)上可以肯定這些能級都由代位式的Au所產(chǎn)生。所產(chǎn)生。 262.5.4 化合物中的雜質(zhì)能級化合物中的雜質(zhì)能級雜質(zhì)在雜質(zhì)在III-V和和II-VI化合物中的作用與在化合物中的作用與在Ge、Si中的中的類似，可從成鍵的角度進(jìn)行分析。類似，可從成鍵的角度進(jìn)行分析。但由于化合物中存在兩種格位，情況略為復(fù)雜但由于化合物中存在兩種格位，情況略為復(fù)雜 如前所述，當(dāng)如前所述，當(dāng)IV族元族占據(jù)族元族占據(jù)III族元素或族元素或V族元素位族元素位置時，分別起到施主

17、或受主的作用置時，分別起到施主或受主的作用2728Si在在GaAs中的施主能級和受主能級分別在導(dǎo)帶以中的施主能級和受主能級分別在導(dǎo)帶以下下0.006 eV和價帶以上和價帶以上0.03 eV處；處；但摻但摻Si的的GaAs一般表現(xiàn)為一般表現(xiàn)為n型這是因?yàn)閾饺氲男瓦@是因?yàn)閾饺氲腟i大部分占據(jù)大部分占據(jù)Ga的位置的位置當(dāng)當(dāng)Si的濃度小于的濃度小于1018cm3時時, 電子濃度大致與電子濃度大致與Si的濃度相的濃度相等。等。但當(dāng)?shù)?dāng)Si的濃度更高時，電子濃度低于的濃度更高時，電子濃度低于Si的濃度，且有飽和的濃度，且有飽和的傾向。的傾向。原因：有相當(dāng)一部分硅占據(jù)了原因：有相當(dāng)一部分硅占據(jù)了As的位置而

18、起受主作用的位置而起受主作用29II族雜質(zhì)和族雜質(zhì)和VI族雜質(zhì)在族雜質(zhì)在GaAs中的表現(xiàn)與中的表現(xiàn)與Ge、Si中的中的III族元素和族元素和V族元素相似；族元素相似；這是因?yàn)檫@是因?yàn)镮I族元素與族元素與III族元素相近，傾向于占據(jù)族元素相近，傾向于占據(jù)Ga的的位置，而位置，而VI族元素與族元素與V族元素相近，傾向于占據(jù)族元素相近，傾向于占據(jù)As的的位置位置.30Ge和和Sn在在GaAs中也主要起施主作用，常用作中也主要起施主作用，常用作n型摻雜型摻雜劑劑在在II-VI化合物中化合物中III族元素和族元素和VII族元素可以分別占據(jù)族元素可以分別占據(jù)II族元素和族元素和VI族元素的位置起施主作用族

19、元素的位置起施主作用. 例如例如Ga和和Cl在許多在許多II-VI化合物中就是如此在化合物中就是如此在CdTe中，中，In、Al、Cl產(chǎn)生的施主能級在導(dǎo)帶以下產(chǎn)生的施主能級在導(dǎo)帶以下0.014eV I族元素和族元素和V族元素分別占據(jù)族元素分別占據(jù)II族元素和族元素和VI族元素的位族元素的位置起受主作用置起受主作用例如例如P、Li、Na在在CdTe中產(chǎn)生的受主能級在價帶以上中產(chǎn)生的受主能級在價帶以上0.03eV.31在上述化合物中，由于直接禁帶材料的電子有效質(zhì)量在上述化合物中，由于直接禁帶材料的電子有效質(zhì)量均很小，均很小，因此施主電離能一般很小因此施主電離能一般很小20220248Himmhme

20、 2.3.5 等電子雜質(zhì)等電子雜質(zhì)當(dāng)雜質(zhì)的價電子數(shù)等于其所替代的主晶格原子的價當(dāng)雜質(zhì)的價電子數(shù)等于其所替代的主晶格原子的價電子時，稱為等電子雜質(zhì)電子時，稱為等電子雜質(zhì). 它們有時是非活性的它們有時是非活性的例如例如Ge在在Si中，中，(或或As在在GaP中中)，只能形成連續(xù)固，只能形成連續(xù)固溶體，引起能帶的連續(xù)過渡，而不會在禁帶中產(chǎn)生溶體，引起能帶的連續(xù)過渡，而不會在禁帶中產(chǎn)生局部能級局部能級32但這類雜質(zhì)有時也能在禁帶中產(chǎn)生局域電子態(tài)。但這類雜質(zhì)有時也能在禁帶中產(chǎn)生局域電子態(tài)。它們雖然一般不能提供電子或空穴，但在一定條件它們雖然一般不能提供電子或空穴，但在一定條件下，可以收容一個電子或一個空

21、穴，作為電子陷阱下，可以收容一個電子或一個空穴，作為電子陷阱或空穴陷阱起作用或空穴陷阱起作用通常稱之為等電子陷阱通常稱之為等電子陷阱33GaP和和GaAs1-xPx中的等電子雜質(zhì)中的等電子雜質(zhì)N就是一個典型就是一個典型的例子。的例子。N在在GaAs1-xPx中主要占據(jù)中主要占據(jù)P的格點(diǎn)的格點(diǎn)N在占據(jù)在占據(jù)P的的位置以后，不會產(chǎn)生長程作用的庫侖勢位置以后，不會產(chǎn)生長程作用的庫侖勢.但但N和和P的負(fù)電性分別為的負(fù)電性分別為3.0和和2.1. 因此因此N有較強(qiáng)的有較強(qiáng)的獲得電子的傾向獲得電子的傾向3435即：由于即：由于N和和P電子結(jié)構(gòu)的差異，電子結(jié)構(gòu)的差異，在在N中心處存中心處存在對電子的短程作用

22、勢在對電子的短程作用勢。結(jié)果可以形成電子的。結(jié)果可以形成電子的束縛態(tài)束縛態(tài)( (電子陷阱電子陷阱) )施主還是受主？施主還是受主？36顯然這種雜質(zhì)不是施主，也不是典型的受主，但它顯然這種雜質(zhì)不是施主，也不是典型的受主，但它能收容一個電子能收容一個電子(起受主作用起受主作用).在在GaP中，中，N能級在導(dǎo)帶以下約能級在導(dǎo)帶以下約10 meV。由于等電子雜質(zhì)勢場的短程性質(zhì)，被陷電子的波函數(shù)由于等電子雜質(zhì)勢場的短程性質(zhì)，被陷電子的波函數(shù)十分集中于等電子雜質(zhì)附近的范圍內(nèi)十分集中于等電子雜質(zhì)附近的范圍內(nèi)這種情形和類氫雜質(zhì)顯然是不同的這種情形和類氫雜質(zhì)顯然是不同的在在GaP中中Bi也是等電子陷阱，起空穴陷

23、阱作用也是等電子陷阱，起空穴陷阱作用O在在ZnTe中，中，Te在在CdS中也起等電子陷阱的作用中也起等電子陷阱的作用 37除了元素雜質(zhì)以外，某些復(fù)合物的行為也類似于等除了元素雜質(zhì)以外，某些復(fù)合物的行為也類似于等電子雜質(zhì)電子雜質(zhì)GaP中處于最近鄰位置的中處于最近鄰位置的Zn、O對就是這種復(fù)合物的對就是這種復(fù)合物的典型典型. Zn和和O分別代替主晶格的分別代替主晶格的Ga和和P，它們的價電子總數(shù)，它們的價電子總數(shù)正好等于所替代的正好等于所替代的Ga、P對的價電子總數(shù)因此并不對的價電子總數(shù)因此并不破壞原有的共價鍵。破壞原有的共價鍵。 3839而且從總體上看而且從總體上看Zn、O復(fù)合物仍然保持電中性，

24、并復(fù)合物仍然保持電中性，并不存在長程庫侖勢。不存在長程庫侖勢。但是由于但是由于Zn、O復(fù)合物與復(fù)合物與GaP性質(zhì)上的差異性質(zhì)上的差異(特別是特別是O和和P的負(fù)電性差別較大，分別為的負(fù)電性差別較大，分別為3.5和和2.1)，這種復(fù)，這種復(fù)合物對于電子來說也是一個勢阱其電子陷阱能級合物對于電子來說也是一個勢阱其電子陷阱能級在導(dǎo)帶以下在導(dǎo)帶以下0.3eV 雜質(zhì)上電子的波函數(shù)可以看作一個靜止的波包，雜質(zhì)上電子的波函數(shù)可以看作一個靜止的波包，波函數(shù)在坐標(biāo)空間的擴(kuò)展波函數(shù)在坐標(biāo)空間的擴(kuò)展 x愈小，其所包含的布愈小，其所包含的布洛赫波在洛赫波在k空間的擴(kuò)展范圍將愈大空間的擴(kuò)展范圍將愈大對于上述等電子陷阱，波

25、函數(shù)在對于上述等電子陷阱，波函數(shù)在k空間的擴(kuò)展范圍空間的擴(kuò)展范圍將是很大的將是很大的等電子雜質(zhì)等電子雜質(zhì)N以及以及Zn、O復(fù)合物等在提高復(fù)合物等在提高GaAs1-xPx和和GaP發(fā)光二極管的發(fā)光效率中起著重要的作用發(fā)光二極管的發(fā)光效率中起著重要的作用 402. 3. 6 缺陷能級缺陷能級點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷先來考察離子晶體先來考察離子晶體M+X-中的正、負(fù)離子空位的作用中的正、負(fù)離子空位的作用4142該負(fù)電中心可束縛一個空穴，起受主作用該負(fù)電中心可束縛一個空穴，起受主作用。例如：例如：NaCl中的中的Na+空位；空位；在離子性較強(qiáng)的共價性化合物中存在類似的情況。在離子性較強(qiáng)的共價性化合物中存在類似的情

26、況。若正離子若正離子帶有兩個電子電荷，則其離子空位可產(chǎn)生帶有兩個電子電荷，則其離子空位可產(chǎn)生兩重受主能級兩重受主能級例如：例如：CdS中的中的Cd+空位；空位； GaN中的中的Ga+空位空位43類似地，類似地，一個負(fù)離子空位將作為正電中心起作用一個負(fù)離子空位將作為正電中心起作用, 可以束縛電子，行為象一個施主可以束縛電子，行為象一個施主例如：例如：NaCl中中C1-的空位；的空位；GaN中的中的N 空位；空位；CdS中的中的S 空位空位處在間隙中的正負(fù)離子應(yīng)可分別起施主和受主的作用處在間隙中的正負(fù)離子應(yīng)可分別起施主和受主的作用 44在含有過量在含有過量Cd的的CdS中觀察到了和點(diǎn)缺陷相聯(lián)系的可

27、中觀察到了和點(diǎn)缺陷相聯(lián)系的可二重電離的施主二重電離的施主在含有過量的在含有過量的Cd的的CdS中的主要的點(diǎn)缺陷是中的主要的點(diǎn)缺陷是S空位?？瘴?。在在CdTe中與點(diǎn)缺陷相聯(lián)系存在兩重受主能級，一個離中與點(diǎn)缺陷相聯(lián)系存在兩重受主能級，一個離價帶約價帶約0.07eV，另一個約在禁帶中央這兩重受主能，另一個約在禁帶中央這兩重受主能級可能是由級可能是由Cd空位所引起空位所引起 26 重?fù)诫s半導(dǎo)體重?fù)诫s半導(dǎo)體上面基于理想晶格所得到的能帶圖象中，允許能帶和上面基于理想晶格所得到的能帶圖象中，允許能帶和禁帶之間是界限分明的，存在明確的帶邊禁帶之間是界限分明的，存在明確的帶邊帶邊帶邊Ec以下或以下或Ev以上，電

28、子的狀態(tài)密度為零以上，電子的狀態(tài)密度為零在含有雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，我們沒有考慮雜質(zhì)的存在對在含有雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，我們沒有考慮雜質(zhì)的存在對于能帶的影響于能帶的影響4546在討論雜質(zhì)上的電子狀態(tài)時，我們假定了雜質(zhì)之間相互獨(dú)在討論雜質(zhì)上的電子狀態(tài)時，我們假定了雜質(zhì)之間相互獨(dú)立，不存在相互影響，在禁帶中形成局部能級立，不存在相互影響，在禁帶中形成局部能級但以上的圖象只是對摻雜濃度較低的情形才是正確的但以上的圖象只是對摻雜濃度較低的情形才是正確的當(dāng)雜質(zhì)濃度較高時，無論是雜質(zhì)上的電子狀態(tài)，還是帶邊當(dāng)雜質(zhì)濃度較高時，無論是雜質(zhì)上的電子狀態(tài)，還是帶邊的情況都要發(fā)生變化的情況都要發(fā)生變化 對于高摻雜半導(dǎo)體中的電子狀

29、態(tài)已經(jīng)進(jìn)行了很對于高摻雜半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)已經(jīng)進(jìn)行了很長時間的研究但主要的結(jié)果還是定性的長時間的研究但主要的結(jié)果還是定性的下面我們分別就中等摻雜情形和重?fù)诫s情形作下面我們分別就中等摻雜情形和重?fù)诫s情形作簡單介紹簡單介紹 47中等摻雜情形中等摻雜情形 當(dāng)晶體中雜質(zhì)濃度很低時，雜質(zhì)之間平均來說相距很當(dāng)晶體中雜質(zhì)濃度很低時，雜質(zhì)之間平均來說相距很遠(yuǎn)每個雜質(zhì)都可近似看成是孤立的遠(yuǎn)每個雜質(zhì)都可近似看成是孤立的但隨著雜質(zhì)濃度的提高，相鄰雜質(zhì)上的基態(tài)電子軌道將但隨著雜質(zhì)濃度的提高，相鄰雜質(zhì)上的基態(tài)電子軌道將發(fā)生交疊這時雜質(zhì)能級將逐漸擴(kuò)展為一個雜質(zhì)能帶發(fā)生交疊這時雜質(zhì)能級將逐漸擴(kuò)展為一個雜質(zhì)能帶隨著雜質(zhì)濃度的

30、增加，雜質(zhì)能帶也逐漸變寬這種情況隨著雜質(zhì)濃度的增加，雜質(zhì)能帶也逐漸變寬這種情況就象孤立原子形成固體時，原子能級擴(kuò)展為能帶一樣。就象孤立原子形成固體時，原子能級擴(kuò)展為能帶一樣。48這意味著束縛于雜質(zhì)上的電子，將可以在不同雜質(zhì)這意味著束縛于雜質(zhì)上的電子，將可以在不同雜質(zhì)原子之間轉(zhuǎn)移雜質(zhì)帶將表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性原子之間轉(zhuǎn)移雜質(zhì)帶將表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性不過對于無序分布的雜質(zhì)來說，我們并不能象晶體不過對于無序分布的雜質(zhì)來說，我們并不能象晶體中電子態(tài)那樣，用布洛赫波來描述雜質(zhì)帶中的電子中電子態(tài)那樣，用布洛赫波來描述雜質(zhì)帶中的電子狀態(tài)狀態(tài) 49與晶體能帶中的電子相比，雜質(zhì)帶中的電子運(yùn)與晶體能帶中的電子相比，雜質(zhì)

31、帶中的電子運(yùn)動要困難得多動要困難得多但在低溫下，當(dāng)主帶中的載流子對電導(dǎo)的貢獻(xiàn)但在低溫下，當(dāng)主帶中的載流子對電導(dǎo)的貢獻(xiàn)變得很小時，雜質(zhì)帶的導(dǎo)電性可以表現(xiàn)出來。變得很小時，雜質(zhì)帶的導(dǎo)電性可以表現(xiàn)出來。雜質(zhì)帶的導(dǎo)電現(xiàn)象很早就由洪潮生等觀察到；雜質(zhì)帶的導(dǎo)電現(xiàn)象很早就由洪潮生等觀察到；后來曾就雜質(zhì)帶的導(dǎo)電機(jī)制進(jìn)行了許多研究。后來曾就雜質(zhì)帶的導(dǎo)電機(jī)制進(jìn)行了許多研究。50隨著雜質(zhì)濃度的提高而發(fā)生的另一現(xiàn)象是雜質(zhì)電隨著雜質(zhì)濃度的提高而發(fā)生的另一現(xiàn)象是雜質(zhì)電離能的降低。離能的降低。雜質(zhì)電子軌道發(fā)生交疊這意味著當(dāng)一個電子在某雜質(zhì)電子軌道發(fā)生交疊這意味著當(dāng)一個電子在某一雜質(zhì)中心附近運(yùn)動時，在其軌道范圍內(nèi)還可以一雜質(zhì)中心附近運(yùn)動時，在其軌道范圍內(nèi)還可以出現(xiàn)在其他中心附近運(yùn)動的電子，這樣的電子將出現(xiàn)在其他中心附近運(yùn)動的電子，這樣的電子將對該中心的勢場產(chǎn)生屏蔽作用，使雜質(zhì)中心對電對