P原子周围多余的电子由于受正离子的吸引，能量较导带电 子能量要低，同时，吸引作用比共价键结合要弱，因此能量 较价带电子要高，因此，施主能级位于带隙中
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半导体物理学
§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
1. 施主杂质和施主能级
3）施主的电离和电离能 电离：施主向导带释放电子的过程。未电离前，施主能级 是被电子占据的
2. 受主杂质和受主能级
半导体物理学
4）受主杂质的特点
受主未电离前，受主杂质保持电中性，受主能级未被
电子占据；电离后，从价带接受电子，受主能级被电 子占据，受主杂质带负电。
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
1）杂质的带电性
•未电离：均为电中性
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3）Au在Si中掺杂特性举例
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浅能级施主能级靠近导带，浅能级受主靠近价带；深 能级施主能级则往往位于禁带下部分，深能级受主能级 位于禁带上半部分 多重能级特性：一些深能级杂质会产生多次电离，从 而产生多重能级，但一次电离能总是小于二次电离能
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
5. 杂质的补偿作用
§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
2. 受主杂质和受主能级
2）受主能级
半导体物理学
由于受主杂质掺入而在半导体带隙中新引入的电子能级，
该能级未占据电子，是空的，容易从价带获得电子
B原子多出的电子空位很容易接受价带电子，形成 较强的共价键，因此较导带更接近价带
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• 3、高阻的本征半导体材料和高阻的高度 补偿的半导体材料的区别是什么？(2006) • 1 深能级杂质和浅能级杂质概念（西交大） • 1以硅为例，举例说明掺入浅能级和深能 级杂质的目的和作用？（西电）
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
6. Au在Si中的掺杂作用
半导体物理学
1）Au元素杂质在Si中既可起施主作用，又可起受主 作用，称为两性杂质 2）如果在Si中掺入Au的同时，掺入浅的受主杂质， 则Au呈施主作用，反之，若同时掺入施主杂质，则 Au呈受主作用
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
2. 受主杂质和受主能级
1）受主杂质
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受主杂质掺杂又 称为P型掺杂
能够为晶体提供电子空位（空穴），同时自身成为带负电的 离子的杂质， 一般为三价的硼（B）原子
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
2. 受主杂质和受主能级
3）受主电离和电离能
半导体物理学
受主能级从价带接受电子的过程称为受主的电离，未 电离前，未被电子占据
电离所需要的最小能量即为受主电 离能，为价带顶与受主能级之差
D EC ED
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
半导体物理学
4. 浅能级杂质与深能级杂质
半导体中掺入杂质后会在禁带中引入新的能级， 如果掺入的杂质的电离能很小，则称该杂质为浅能 级杂质，杂质的电离能很大，则称为深能级杂质
ED1 ED2 EA1 EA2
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
半导体物理学
4. 浅能级杂质与深能级杂质
1. 施主杂质和施主能级
1）施主杂质
施主掺杂又称 为N型掺杂
能够向晶体提供电子同时自身成为带正电的离子的杂质， 一般为五价的磷（P）或砷（As）原子
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂 1. 施主杂质和施主能级
2）施主能级 由于施主杂质的掺入而在半导体带隙中新引入的电子能级
电离所需要的最小能量称为电离能， 通常为导带底与施主能级之差
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂 1. 施主杂质和施主能级
4）施主的特征 施主未电离前，施主能级是被电子占据并保持电中性，电 离后向导带释放电子并带正电
3. 施主杂质与受主杂质之比较
•电离后：施主失去电子带正电，受主得到电子带负电
2）杂质能级的电子占据
•未电离：施主能级满，受主能级空 •电离后：施主能级空，受主能级满
3）对载流子数的影响
•掺入施主后：电子数大于空穴数 •掺入受主后：电子数小于空穴数
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
半导体物理学
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§ 2.1 半导体的杂质和掺杂
5. 杂质的补偿作用
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1）施主浓度远远大于受主浓度时，半导体呈N型 2）受主浓度远远大于施主浓度时，半导体呈P型 3）半导体中同时存在施主和，可以改变半导体的 导电类型