半导体中的杂质和缺陷能级
实际晶体:
1. 晶体中的原子不是禁止的，而是在平衡位置做振动
2. 实际半导体并不纯净，而是或多或少含有若干杂质
3. 实际晶体并非完美，存在点缺陷，线缺陷，面缺陷
我们要把这些因素引入到半导体中来
1.硅和锗中的杂质能级
原因：
1. 原材料的纯度不够
2. 在器件与电路制造过程中引入的沾污
3.为了控制半导体材料的性能，人为引入的
引入的第一个方式，杂质的存在方式？
1. 替位式杂质和间隙式杂质
三五族元素在硅和锗重是替位元素，这是金刚石原子的原子密度
,一个金刚石结构的晶胞里面，如果把原子放大的话，这八个球占立方晶胞达到34%
杂质还可以位于这些空的间隙位置，通常要求个头比较小
杂质浓度的概念：单位体积中杂质原子的个数，单位（）反映了，杂质含量的多少
2.施主杂质和施主能级
我们已Si重掺入五族元素，硅重掺入磷为例，Si是典型的共价晶体，与周围的形成饱和的共价键
磷是五族元素，1. 其中四个价电子可以与周围四个硅原子形成饱和共价键，那这样的话就多了一个价电子，2. 多了一个价电子，磷原子所在处多一个正电荷
和本征情况比一比，硅重掺入了磷之后，产生的差别：
1.产生了一个多余的价电子，一个正电中心，所以和不掺的情况对比起来看，多余的价电子是现在还不是自由的，正负电荷之间有库伦引力，被正电中心
离子所束缚,大家看在这样的示意图里面，横线表示共价键，这些电子也是被共价键所束缚，多余的电子被中心正离子束缚，这两种束缚不一样，电子挣脱共价键最低是禁带宽度，而挣脱库伦引力的能量，则是远小于共价键的束缚
很小的能量就可以让它挣脱束缚，挣脱了束缚的电子就成了所谓的自由电子（做共有化运动），正电中心P离子被四个共价键束缚，所以不能自由运动
多余的电子挣脱束缚，就相当于电离了
杂质电离：电子挣脱杂质原子的束缚，称为导电电子的过程
杂质电离能: 使电子挣脱杂质原子的束缚，成为导电电子所需要的能量 成为杂质电离能，记作，又称为施主杂质电离能
这么说相当于五族元素可以释放出电子，所以我们把五族元素称为施主元素，称作donor
那么施主杂质的电离能这个☞远弱于共价键的束缚，我们关心这个值有多大？
值，如果五族元素掺入锗重，大多比较接近在0.01ev左右，如果掺入硅中的话，大约是0.04~0.05ev左右
Si中掺入磷，磷在硅中的电离能0.044电子伏特，这个值远远小于禁带宽度（因为都是向导带提供电子，所以要和禁带宽度比）
施主电离并不会产生多余的空穴，这是与本征激发的一个区别
五族元素释放电子的过程，称为施主电离，施主杂质未电离的时候，是电中性的，电离以后，成为正电中心，分别称为中性态（束缚态）和施主离化态
从能带结构上来看
如果掺入施主以后，多余的电子就变成了导电电子，导电电子在导带底附近，这是施主杂质多于电子被束缚时候的能量状态，我们称之为施主能级，通常情况下掺杂浓度比较低
单位体积中掺杂浓度低，杂质含量较少
展宽成能带要相互靠拢，杂质原子相距较远，所以形成了一些相同能量的孤立能级，而不是能带
Si中掺入磷以后，相当于就是在原来的基础上引入施主能级，所以，半导体中掺入五族元素后，称主要依靠电子导电的半导体为N-型半导体
3.受主杂质 受主能级
B在硅中的替位式杂质，B在硅中是替位杂质，我们就会缺少一个价电子，为了形成四个饱和的共价键，他会从其他地方获得一个电子，使它自身形成饱和共价键，这样子就变成了负电中心，这就是Si中掺入三族元素B的情况
Si中掺入B效果上看，形成了一个负电中心形成一个多余的空穴，多余的空穴也是被负电中心
所束缚住，被束缚住，就不能自由运动，就不能导电，这种束缚演员弱于共价键的束缚
也就是说我们只要很小的能量就可以让它挣脱束缚，称为导电空穴
负电中心是不能运动的，如果掺入三族元素的话，缺少电子，就可以束缚空穴，导电空穴增加了，但是电子并没有增加
受主杂质未电离的时候是电中性的，电离以后，称为负电中心，称为受主离化态，空穴挣脱束缚的过程称为受主电离，空穴挣脱受主杂质的束缚所需要的能量，这个称为受主杂质电离能，记作
受主杂质电离能,在Ge中大约是0.01ev，在硅当中大约是0.045~0.065ev之间，但是大家特别注意要把铟除外，铟在Si中的受主杂质电离能是0.16ev（非常大，大带来的问题是不容易电离）
