这样的空穴一旦得到足够的热激发,它可以脱离硼离子 和附加电子构成的场的作用而自由地在晶体中运动形 成自由空穴,这过程称为空穴电离,它实际上是价带中 电子在热激发下跃迁到杂质的空穴能级上去,而在价带 中留下了一个自由空穴,因此空穴的能级位于价带顶附 近,如图7.5所示。既然这样的杂质原子能够接受电子 它被称为受主,把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态 称为受主能级(EA);具有受主的半导体称为受主半导体 或P型半导体 般情况下,半导体往往同时含有施主和受主杂质 这时半导体究竟属于那一类型要由两种杂质的浓度差 来确定,比如施主杂质浓度N比受主浓度MA大得多时 (ND>>M4),由于受主能级低于施主能级,施主能级上 的电子有可能落到受主能级上,换言之,一部分施主杂 质多余的电子补偿了受主杂质的电子不足,但剩下为数 图75P型半导体能带 很大的施主电子在热激发下仍可能跃迁到导带形成自由 电子,因此这样的半导体认为是N型半导体。相反地,N>>ND的半导体属于P型半导体 至于NA≈ND时由于补偿作用几乎完全消失,它的导电性几乎同纯半导体一样,这种材料 实用价值较小 723深能级杂质 如果将ⅥI族元素杂质掺入到ⅣV族元素半导体中,例如将Se掺入到Ge中,由于 Se比Ge外壳层多2个价电子,Se替代Ge原子后,除4个价电子与近邻Ge原子形成 共价键外尚多于两个价电子,它们被带有两个正电荷的中心所束缚,形成类氦原子。此 时正电荷中心对每个电子的束缚比类氢原子更强,因此所对应的杂质能级离导带边更 远,我们称这种能级为深杂质能级,这种杂质称为深能级杂质。而且这两个价电子的电 离能也是不相同的,当第一个电子电离后,第二个电子需要更大的能量才能电离,所对 应的能级离导带边更远。实验测得Se在Ge中形成距导带底分别为0.14eV和028eV的 两个施主能级。类似地,Ⅱ族杂质一般在Si、Ge中形成两个离价带边较远的受主能级。 如果在Ⅳ族元素半导体中掺入IB族原子,如在半导体锗中掺入Cu、Au等原子,则可 以形成三个受主杂质能级。但是在半导体中形成杂质能级的情况也不能完全根据杂质原 子的价电子数唯一地决定。如Au原子,在锗中可以产生三个受主能级和一个施主能级 而在半导体硅中Au原子则是同时产生一个受主能级和一个施主能级。由于深能级杂质 大多是多重能级,因此杂质可以有不同的荷电状态,以Au为例,如果两个能级上都没 有电子填充时,金杂质是带正电荷的,当受主能级上有一个电子而施主能级空着时,它 是中性的,当施主能级与受主能级上都有电子时,它是带负电的这样的空穴一旦得到足够的热激发，它可以脱离硼离子 和附加电子构成的场的作用而自由地在晶体中运动形 成自由空穴，这过程称为空穴电离，它实际上是价带中 电子在热激发下跃迁到杂质的空穴能级上去，而在价带 中留下了一个自由空穴，因此空穴的能级位于价带顶附 近，如图 7.5 所示。既然这样的杂质原子能够接受电子， 它被称为受主，把被受主杂质所束缚的空穴的能量状态 称为受主能级(EA)；具有受主的半导体称为受主半导体 或P-型半导体。 一般情况下，半导体往往同时含有施主和受主杂质， 这时半导体究竟属于那一类型要由两种杂质的浓度差 来确定，比如施主杂质浓度ND比受主浓度NA大得多时 （ND>>NA），由于受主能级低于施主能级，施主能级上 的电子有可能落到受主能级上，换言之，一部分施主杂 质多余的电子补偿了受主杂质的电子不足，但剩下为数 很大的施主电子在热激发下仍可能跃迁到导带形成自由 电子，因此这样的半导体认为是N-型半导体。相反地，NA>>ND的半导体属于P-型半导体。 至于NA≈ND时由于补偿作用几乎完全消失，它的导电性几乎同纯半导体一样，这种材料 实用价值较小。 图 7.5 P-型半导体能带 7.2.3 深能级杂质 如果将 VI 族元素杂质掺入到 IV 族元素半导体中，例如将 Se 掺入到 Ge 中，由于 Se 比 Ge 外壳层多 2 个价电子，Se 替代 Ge 原子后，除 4 个价电子与近邻 Ge 原子形成 共价键外尚多于两个价电子，它们被带有两个正电荷的中心所束缚，形成类氦原子。此 时正电荷中心对每个电子的束缚比类氢原子更强，因此所对应的杂质能级离导带边更 远，我们称这种能级为深杂质能级，这种杂质称为深能级杂质。而且这两个价电子的电 离能也是不相同的，当第一个电子电离后，第二个电子需要更大的能量才能电离，所对 应的能级离导带边更远。实验测得 Se 在 Ge 中形成距导带底分别为 0.14eV 和 0.28eV 的 两个施主能级。类似地，II 族杂质一般在 Si、Ge 中形成两个离价带边较远的受主能级。 如果在Ⅳ族元素半导体中掺入ⅠB 族原子，如在半导体锗中掺入 Cu、Au 等原子，则可 以形成三个受主杂质能级。但是在半导体中形成杂质能级的情况也不能完全根据杂质原 子的价电子数唯一地决定。如 Au 原子，在锗中可以产生三个受主能级和一个施主能级； 而在半导体硅中 Au 原子则是同时产生一个受主能级和一个施主能级。由于深能级杂质 大多是多重能级，因此杂质可以有不同的荷电状态，以 Au 为例，如果两个能级上都没 有电子填充时，金杂质是带正电荷的，当受主能级上有一个电子而施主能级空着时，它 是中性的，当施主能级与受主能级上都有电子时，它是带负电的。 6