等电子杂质（如N）占据本征原子位置 （如GaP中的P位置）后，即
N
NP
N 的共价半径为 0.07nm，电负性为3.0; P 的共价半径为 0.11nm，电负性为2.1 所以氮取代磷后能俘获电子成为负电中心，它们可以 吸引一个导带电子而变成负离子，这就是电子陷阱， 相反如果成为正电中心即可吸引一个价带空穴而变成 正离子这就是空穴陷阱。
深能级的特点：
施主能级离导带较远，受主能级离价带较远。
一种杂质可以引入若干能级，因为会产生多次电离， 有的杂质既能引入施主能级，又能引入受主能级。
杂质能级是与杂质原子的壳层结构、杂质原子的大 小、杂质在晶格中的位置等等因素有关，目前没有 完善的理论加以说明。
例1：Au（Ⅰ族）在Ge中
Au在Ge中共有五种可能的状态：
半导体是 p 型的
EA
有效的受主浓度 NA*= NA – ND

（C） NA≌ND时
杂质的高度补偿
本征激发的导带电子
Ec ED
EA Ev
本征激发的价带空穴

6、深能级杂质
ED EA
Ec
（1）浅能级杂质
△ED《Eg △EA《Eg
Ev
Ec Ev
△ED
ED
EA
△EA
（2）深能级杂质
△E D≮Eg △EA≮Eg
(2)二族元素，受主能级
(3)三、五族元素，一般是电中性杂质，另一种等电 子杂质效应
等电子杂质： 特征：a、与本征元素同族但不同原子序数 b、以替位形式存在于晶体中，基本 上是电中性的。 条件：电负性、共价半径相差较大 同族元素原子序数越小，电负性越大，共价半 径越小。 等电子杂质电负性大于基质晶体原子的电负时， 取代后将成为负电中心；反之，将成为正电中心。
Si Ga 两性杂质 SiAs
施主 受主
两性杂质：在化合物半导体中，某种杂质在 其中既可以作施主又可以作受 主，这 种杂质称为两性杂质。
§2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级
铝、镓、铟和磷、砷、锑组成的九种化合物
化学计量比：1:1
晶体结构：闪锌矿结构
替位式杂质 间隙式杂质
(1)一族元素，引入受主能级

（2）等电子陷阱
等电子杂质（如N）占据本征原子位置 （如GaP中的P位置）后，即
N
NP
N 的共价半径为 0.07nm，电负性为3.0; P 的共价半径为 0.11nm，电负性为2.1 所以氮取代磷后能俘获电子成为负电中心，它们可以 吸引一个导带电子而变成负离子，这就是电子陷阱， 相反如果成为正电中心即可吸引一个价带空穴而变成 正离子这就是空穴陷阱。
施主杂质和施主能级：
施主杂质：能够施放电子而产生导电电子并形成 正电中心
受主杂质和受主能级：Si中掺硼B
受主杂质：能够接受电子而产生导电空穴并形成 负电中心
5、杂质的补偿作用
（A） ND > NA 时

n型半导体
ED
杂质的补偿:既掺有施主又掺 有受主 补偿半导体
因 EA 在 ED 之下， ED上的束缚 电子首先填充EA上的空位，即 施主与受主先相互“抵消”，剩 余的束缚电子再电离到导带上。
△EA2

பைடு நூலகம்
（5） Au三： Au二 + e
Au三
△EA3=
EC EA3 EA2
EA1 EV
7、等电子陷阱
（1）等电子杂质 特征：a、与本征元素同族但不同原子序数 b、以替位形式存在于晶体中，基本 上是电中性的。 条件：电负性、共价半径相差较大 同族元素原子序数越小，电负性越大，共价半 径越小。 等电子杂质电负性大于基质晶体原子的电负时， 取代后将成为负电中心；反之，将成为正电中心。 原子的电负性是描述化合物分子中组成原子吸引电 子倾向强弱的物理量，显然与原子的电离能、亲合 能及价态有关
（4）四族元素，两性杂质
举例：GaAs 中 掺 Si（Ⅳ族） Ga：Ⅲ族 As：Ⅴ族
Si Ga 两性杂质 SiAs
施主 受主
两性杂质：在化合物半导体中，某种杂质在 其中既可以作施主又可以作受 主，这 种杂质称为两性杂质。
（5）六族元素，常取代五族元素，施主杂质
（6）过渡族元素除钒产生施主能级，其余均产生 受主能级
n ND N A ND
EA
半导体是 n 型的
有效的施主浓度 ND*= ND - NA
（B）NA>ND时 p型半导体 因 EA 在 ED 之下， ED上的束缚电子首 先填充EA上的空位， 即施主与受主先相互 “抵消”，剩余的束缚 空穴再电离到价带上。
ED
p N A ND N A
（1）Au+； （2） Au0 ； （3） Au一 ； （4） Au二 ； （5） Au三。

（1）Au+： Au0 – e
Au+
EC Eg
ED
△E D
EV (2) Au0 电中性态

（3） Au一： Au0 + e EC
Au一
EA1
△EA
EV

（4） Au二：Au一 + e
Au二
EC △EA2= EA2 EA1 EV
第二章半导体中杂质和缺陷能级
杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其它元素
缺陷: 晶格中的原子周期性排列被破坏 a. 点缺陷：空位、间隙原子 b. 线缺陷：位错 c. 面缺陷：层错
杂质和缺陷对半导体的物理性能和化学性能会 产生决定性的影响。
杂质和缺陷出现在半导体中时，
产生的附加势场使严格的周期
性势场遭到破坏。
杂质能级位于禁带之中
Ec 杂质能级 Ev
§2.1 Si、Ge晶体中的杂质能级
间隙式杂质：杂质原子 位于晶格原子的间隙位 置 间隙式杂质原子一般比 较小 替位式杂质：杂质原子 取代晶格原子位于晶格 点处 替位式杂质 原子的大 小与被取代的晶格原子 的大小比较相近,价电 子壳层结构相近。

杂质浓度：单位体积中的 杂质原子数
§2.2 缺 陷 能 级

1、 点 缺 陷：
空位 间隙原子
弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷
（1）Si中的点缺陷：
空位 受主作用
间隙原子 施主作用
（2）化合物
砷化镓中的砷空位和镓空位均表现出受主作用 二六族化合物，离子型较强，正离子空位是受 主，负离子空位是施主，正离子间隙原子为施 主，负离子间隙原子为受主。
1、N在GaP中：NP 2、C在Si中：CSi 3、O在ZnTe中： 其存在形式可以是 （1）替位式 （2）复合体，如 Zn-O 8、束缚激子
即等电子陷阱俘获一种符号的载流子后，又 因带电中心的库仑作用又俘获另一种带电符号的载 流子，这就是束缚激子。

9、两性杂质
举例：GaAs 中 掺 Si（Ⅳ族） Ga：Ⅲ族 As：Ⅴ族