本征半导体:完全纯净的半导体称为本征半导体或I型半导体。硅和锗都是四价元素,其原子核最外层有四个价电子。它们都是由同一种原子构成的“单晶体”,属于本征半导体。本征点缺陷:半导体中的两种载流子:自由电子和空穴。在热力学温度零度和没有外界能量激发时,价电子受共价键的束缚,晶体中不存在自由运动的电子,半导体是不能导电的。由于空穴的存在,临近共价键中的价电子很容易跳过去填补这个空穴,从而使空穴转移到临近的共价键中去,而后,新的空穴又被其相邻的价电子填补,这一过程持续下去,就相当于空穴在运动。带负电荷的价电子
什么是晶体的本征缺陷(给出定义和例子)
本征点缺陷:没有外来杂质时,由组成晶体的基体原子的排列错误而形成的点缺陷。例如由于温度升高引起的晶格原子的热振动起伏产生的空位和间隙原子等是典型的本征点缺陷,它们的数目依赖于温度,也称热缺陷。本征点缺陷的分类:热缺陷分为(1) 弗兰克缺陷(2)肖特基缺陷。
非本征缺陷:由于杂质原子的引入而引起的缺陷。
什么是本征点缺陷
本征半导体
完全纯净的半导体称为本征半导体或I型半导体。硅和锗都是四价元素,其原子核最外层有四个价电子。它们都是由同一种原子构成的“单晶体”,属于本征半导体。
1.半导体中的两种载流子—自由电子和空穴
在热力学温度零度和没有外界能量激发时,价电子受共价键的束缚,晶体中不存在自由运动的电子,半导体是不能导电的。但是,当半导体的温度升高(例如室温300oK)或受到光照等外界因素的影响,某些共价键中的价电子获得了足够的能量,足以挣脱共价键的束缚,跃迁到导带,成为自由电子,同时在共价键中留下相同数量的空穴,如图2—3(a)所示。空穴是半导体中特有的一种粒子。它带正电,与电子的电荷量相同。把热激发产生的这种跃迁过程称为本征激发。显然,本征激发所产生的自由电子和空穴数目是相同的。
由于空穴的存在,临近共价键中的价电子很容易跳过去填补这个空穴,从而使空穴转移到临近的共价键中去,而后,新的空穴又被其相邻的价电子填补,这一过程持续下去,就相当于空穴在运动。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动与带正电荷的粒子作反方向运动的效果相同,因此我们把空穴视为带正电荷的粒子。可见,半导体中存在两种载流子,即带电荷+q的空穴和带电荷–q的自由电子。
在没有外加电场作用时,载流子的运动是无规则的,没有定向运动,所以形不成电流。在外加电场作用下,自由电子将产生逆电场方向的运动,形成电子电流,同时价电子也将逆电场方向依次填补空穴,其导电作用就像空穴沿电场运动一样,形成空穴电流。虽然在同样的电场作用下,电子和空穴的运动方向相反,但由于电子和空穴所带电荷相反,因而形成的电流是相加的,即顺着电场方向形成电子和空穴两种漂移电流
点缺陷的详解
指对晶体的扰动(除相关的弹性应变外)在任何方向上仅波及几个原子间距的结构缺陷。最简单的点缺陷为点阵空位和填隙原子,前者是空缺一个原子的正常阵点,称为肖脱基缺陷;后者是占据点阵间隙位置的原子。一对相距较近而处于亚平衡状态的空位和填隙原子称为夫伦克耳缺陷。在一定温度T 时,形成能量为Ui的点缺陷存在一定的热力学平衡浓度ci∝exp(-Ui/kT)。例如Au在600℃时,106个原子里有8个,当温度升至1000℃时,104个原子中就有5个。此外,通过淬火、辐照、掺杂、范性形变和改变化学配比等多种方式也能引入大量非平衡点缺陷。晶体中的外来原子,即杂质或溶质原子,是称作化学缺陷的另一类点缺陷,它们可以以代位或填隙方式存在。 点缺陷的概念最先是为解释离子晶体的导电性而提出来的。半个世纪来,点缺陷的理论和实验研究已在各种键合类型的晶体中广泛展开。点缺陷是晶体中物质输运过程的主要媒介,是一系列弛豫现象的物理根源,也是容纳晶体对化学配比偏离的重要方式。点缺陷还可以交互作用形成多种复合点缺陷、点缺陷群,构成有序化结构及各种广延缺陷,因而对于晶体结构敏感的许多性质有着至关重要的影响。
点缺陷是晶体中晶格上的一种局部错乱,影响范围只有邻近几个粒子。根据点缺陷不同的成因可以将点缺陷分为下面三类:本征缺陷、杂质缺陷和电子缺陷。
本征缺陷的类型是,在点阵中晶格结点出现空位,或在不该有粒子的间隙上多出了粒子(间隙粒子)。此外,还可能是一种粒子占据了另一种粒子应该占据的位置形成错位。这些缺陷的产生,主要由于粒子的热运动。任何高于OK的实际晶体,晶格结点上的粒子都在其平衡位置附近做热运动,若干能量较高的粒子脱离其平衡位置从而形成缺陷。
杂质缺陷是点缺陷中数目最多的一类。半径较小的杂质粒子常以间隙粒子进入晶体。离子晶体中如果杂质离子的氧化数与所取代的离子不一致,就会给晶体带来额外电荷。这些额外电荷必须通过其他相反电荷的离子来补偿或通过产生空位来抵消,以保持整个晶体的电中性。杂质缺陷一般并不改变原基质晶体的晶格,但会因晶格畸化而活化,为粒子的迁移提供条件。
电子缺陷则可以认为是以上两类缺陷引起的一种电子效应缺陷。按照能带理论,OK下大多数半导体材料的纯净完整晶体都是电绝缘体,但在高于OK的温度下,由于热激发、光辐照等因素会使少数电子从满带激发到导带,原来满带中被这些电子占据的能级便空余出来,能带中的这些空轨道称为空穴。满带中的空穴和导带中的部分电子是使半导体导电的主要原因,可见,实际晶体中的微量杂质和其他缺陷改变了晶体的能带结构并控制着其中电子和空穴的浓度及其运动,对晶体的性能具有重要的影响。
晶体生长过程中的点缺陷,可以通过数值模拟方法进行预测。数值模拟是用来获得廉价的完整的和全面细节的结晶过程,以此方法用来预测晶体生长及改善晶体生长技术。对于无经验人员,可以形象化展示熔体流动的历史点缺陷,通过晶体生长仿真软件FEMAG可以预知在晶体生长过程中的点缺陷(自裂缝和空缺)。
用纯水冲洗好还是用5%的甲醇水溶液冲洗好
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点缺陷是晶体中晶格上的一种局部错乱,影响范围只有邻近几个粒子。根据点缺陷不同的成因可以将点缺陷分为下面三类:本征缺陷、杂质缺陷和电子缺陷。
本征缺陷的类型是,在点阵中晶格结点出现空位,或在不该有粒子的间隙上多出了粒子(间隙粒子)。此外,还可能是一种粒子占据了另一种粒子应该占据的位置形成错位。这些缺陷的产生,主要由于粒子的热运动。任何高于OK的实际晶体,晶格结点上的粒子都在其平衡位置附近做热运动,若干能量较高的粒子脱离其平衡位置从而形成缺陷。
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