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深能级杂质

王朝百科·作者佚名  2009-12-20
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此概念属于半导体物理学范畴。

深能级杂质:杂质电离能大,施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶。

深能级杂质有三个基本特点:一是不容易电离,对载流子浓度影响不大。二是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。三是能起到复合中心作用,使少数载流子寿命降低。四是深能级杂质电离后以为带电中心,对载流子起散射作用,使载流子迁移率减小,导电性能下降。

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半导体中的深能级杂质原子对其价电子的束缚比较紧,则其产生的能级在半导体能带中位于禁带较深处(即比较靠近禁带中央),故称为深能级杂质。关于在一些重要半导体中的深能级杂质的性质说明如下。

(1)Ge和Si中的的深能级杂质:

一般,非Ⅲ、Ⅴ族元素都是深能级杂质。其特点是:可以起施主作用,也可以起受主作用;可以产生多次电离而形成多个能级。

①Ⅰ族元素:在Ge中,Au、Cu、Ag都是替代式杂质(各形成3个受主型深能级,Au还另外形成一个施主型深能级,Au在Ge中共有Au、Au、Au、Au、Au五种带电状态),Li是间隙式杂质(形成一个浅施主能级);在Si中,Au是替代式杂质(形成一个施主型深能级Au[EV+0.35eV]和一个受主型深能级Au([Ec-0.54eV],其他的能级也可能太深(进入了能带)而检测不到),Cu形成3个受主型深能级,Ag形成一个受主型深能级,Li形成一个间隙式浅施主能级。Au原子在半导体中的带电状态与半导体的型号和掺杂浓度有关,即在n型半导体中容易获得电子而成为Au,在p型半导体中容易失去电子而成为Au。

②Ⅱ族元素:在Ge中,Zn、Cd、Hg、Be都是替代式杂质(各形成2个受主能级);在Si中,Zn、Cd、Mg都是替代式杂质(各形成2个受主能级),Be也是替代式杂质(形成一个受主能级),Hg还形成2个施主能级。

③Ⅵ族元素:在Ge中,S、Se、Te都是替代式杂质,各形成2个施主能级;在Si中,S是替代式杂质(形成3个施主能级),Te是替代式杂质(形成2个施主能级),Se和O的能级情况尚不清楚。

④过渡金属元素:在Ge中,Mn、Fe、Co、Ni都是替代式杂质,各形成2个受主能级,Co还形成一个施主能级;在Si中,Mn、Fe都是替代式杂质(形成施主能级),Co、Ni也都是替代式杂质(各形成2个受主能级)。

⑤Ⅲ族元素:其中的In和Tl在Si中都是替代式杂质,但都形成深的受主能级(In的为0.16eV,Tl的为0.26eV)。

(2)GaAs中的深能级杂质:

Ⅰ族元素:作为替代式杂质,一般是产生受主能级,多为深能级,也有浅能级;间隙杂质Li产生较浅的受主能级;间隙杂质Cu将产生施主能级。

Ⅲ族和Ⅴ族元素:在GaAs中既不起施主作用、也不起受主作用,是电中性杂质,不产生束缚能级。

(3)GaP中的深能级杂质:

Ⅰ族元素,在GaP中作为替代式杂质,情况与GaAs中的相同。

Ⅲ族和Ⅴ族元素,在GaP中的情况与GaAs的不同,可产生“等电子陷阱”这种深能级。如N和Bi将分别产生一个俘获电子的深能级[EC-0.008eV]和一个俘获空穴的深能级[Ev+0.038eV]。

 
 
 
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