基本概念：浅能级杂质：电离能小的杂质称为浅能级杂质。所谓浅能级，是指施主能级靠近导带底，受主能级靠近价带顶。室温下，掺杂浓度不很高底情况下，浅能级杂质几乎可以可以全部电离。五价元素磷（P）、锑（Sb)在硅、锗中是浅受主杂质，三价元素硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）在硅、锗中为浅受主杂质。杂质补偿：半导体中存在施主杂质和受主杂质时，它们底共同作用会使载流子减少，这种作用称为杂质补偿。在制造半导体器件底过程中，通过采用杂质补偿底方法来改变半导体某个区域底导电类型或电阻率。高度补偿：若施主杂质浓度与受主杂质浓度相差不大或二者相等，则不能提供电子或空穴，这种情况称为杂质的高等补偿。这种材料容易被误认为高纯度半导体，实际上含杂质很多，性能很差，一般不能用来制造半导体器件。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（在第五章详细讨论）。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，使载流子迁移率减少，导电性能下降。第30页，共47页，星期日，2025年，2月5日§2.2III-V族化合物中的杂质能级第31页，共47页，星期日，2025年，2月5日第32页，共47页，星期日，2025年，2月5日第33页，共47页，星期日，2025年，2月5日第1页，共47页，星期日，2025年，2月5日理想半导体：1、原子严格地周期性排列，晶体具有完整的晶格结构。2、晶体中无杂质，无缺陷。3电子在周期场中作共有化运动，形成允带和禁带——电子能量只能处在允带中的能级上，禁带中无能级。由本征激发提供载流子晶体具有完整的（完美的）晶格结构，无任何杂质和缺陷——本征半导体。（纯净半导体中，的位置和载流子的浓度只是由材料本身的本征性质决定的）实际材料中，1、总是有杂质、缺陷，使周期场破坏，在杂质或缺陷周围引起局部性的量子态——对应的能级常常处在禁带中，对半导体的性质起着决定性的影响。2、杂质电离提供载流子。第2页，共47页，星期日，2025年，2月5日§2.1硅、锗晶体中的杂质能级一.替位式杂质和间隙式杂质按照球形原子堆积模型，金刚石晶体的一个原胞中的8个原子只占该晶胞体积的34％，还有66％是空隙！A－间隙式杂质原子：原子半径比较小B－替位式杂质原子：原子的大小与被取代的晶体原子大小比较相近杂质浓度：单位体积中的杂质原子数第3页，共47页，星期日，2025年，2月5日二.施主杂质与施主能级第4页，共47页，星期日，2025年，2月5日元素P在Si中成为替位式杂质且电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质或n型杂质第5页，共47页，星期日，2025年，2月5日2．施主能级由于共价键是一种很强的化学键，结合非常牢固，共价键上的电子是几乎不可能在晶体中运动的。但P原子的那个“多余”的价电子被离子实P+束缚得相当微弱，这个电子在不大的外场力作用下就可以脱离P+的束缚而在Si晶体中自由运动。从能带的角度来看，处于共价键上的电子就是处在价带中的电子，而那个“多余”的电子并不处在价带中，它只要得到一个很小的能量（只要室温就足够了）就会被激发到导带，成为导带中的传导电子。这就相当于在Si禁带中，在距导带底下方很近的地方有一个能级，在未激发的情况下（例如0K时），那个“多余”电子就处在这个能级上，杂质此时是电中性的。但是稍稍给它一点能量，那个“多余”的电子就将跃迁到导带。杂质P原子也因这个价电子的离开而带正电，此时就称施主杂质电离了。因掺入施主杂质而在禁带中引入的这个能级称为施主能级。第6页，共47页，星期日，2025年，2月5日如前所说，在绝大多数情况下，半导体的掺杂浓度并不高，因此，杂质原子之间距离远大于母体材料的晶格常数（等价原子之间的最小距离），相邻杂质所束缚的电子（即“多余”的电子）的波函数基本不会交叠，不会形成杂质能带，它们的能量相同，所以杂质能级是位于同一水平线上的分立能级。很显然，在掺施主杂质的半导体中，电子的浓度大于空穴的浓度，半导体中的传导电流主要依靠电子的贡献。因此我们称这种半导体材料为n型半导体。在n型半导体中，电子是多数载流子（简称为多子），空穴是少数载流子（简称为少子）。若以ED和EC分别表示施主能级和导带底能量值，则有：这里的△E称为施主电离能。它通常较小，对于常见的硅、锗半导体材料的浅施主杂质，