位错对半导体的影响 - 材料科学基础

半导体中位错的影响 ——张辉 理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。其中晶体缺陷包括3种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。

位错是典型的线位错，有刃型位错、螺旋位错。晶体中沿某一条线附近的原子排列偏离了理想的晶体点阵结构，从而在一维方向上构成一定尺度的结构缺陷。这种缺陷只在一个方向上延伸，又称为一维缺陷。 位错对半导体的影响有以下四方面： 1.位错可起一定的施主和受主作用：

Si、Ge中的60o棱位错存在有一串悬挂键, 可以接受电子而成为一串负电中心, 起受主作用，也可以失去电子而成为一串正电中心, 起施主作用；这些受主或施主串形成的能级实际上组成一个一维的很窄的能带。不过, 单纯的位错即使浓度达到105/cm2,它所提供的载流子浓度也只是约1012/cm3，故对半导体的导电性能的影响实际上不大；但是, 当位错密度较高时, 它将对n-型半导体中的施主有补偿作用, 使电子浓度降低（对p-型半导体未发现位错的补偿作用）。 注解：

60o棱位错：半导体Si、Ge晶体中最简单的一种位错就是60度棱位错。因为在(111)晶面内，位错线的方向是<110>方向，该方向与晶面滑移方向互相构成60度的夹角，故有60度棱位错之称。

悬挂键：一般晶体因晶格在表面处突然终止，在表面的最外层的每个原子将有一个未配对的电子，即有一个未饱和的键，这个键称为悬挂键。

位错密度：穿过单位截面积的位错线数目，单位也是1/平方厘米

2.位错是散射载流子的中心：

位错除了有一定的施主、受主和杂质补偿的作用以外，位错所造成的晶格畸变是散射载流子的中心, 将严重散射载流子, 影响迁移率; 不过在位错密度<108/cm2时, 这种散射作用可忽略。但在n-型Si中, 位错作为受主中心电离后即形成一条带负电的线, 这将对载流子产生各向异性的散射作用。

3.位错起复合中心作用：

位错在半导体中形成的都是深能级, 起着复合中心的作用，将促进载流子的复合。

注解：

深能级是指靠近导带的空穴束缚态，或能量很接近价带顶的电子束缚态。

复合中心是半导体中能够促进非平衡载流子复合（即电子、空穴成对消失）的一类杂质或缺陷。复合中心的能级是处在禁带中较深的位置（即靠近禁带中央），故复合中心杂质往往又称为深能级杂质。

4.位错将促进杂质的沉积：

位错应力场与杂质的相互作用, 使得杂质优先沿位错线沉积; 特别是在Si中溶解度小、扩散快的重金属杂质 (Cu、Fe、Au等), 更容易沉积在位错线上。这就将形成大量的深能级复合中心, 甚至引起导电通道。如果有一定量的C、O或N原子沉积在位错线上 (实际上是处于某种键合状态), 可以“钉”住位错, 使得位错不易滑移和攀移, 这将使Si片的强度大大提高。

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