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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 功能材料 » 基础研究 » 【求助】半导体掺杂，我的理解对吗？
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mlcen

银虫 (正式写手)

[交流] 【求助】半导体掺杂，我的理解对吗？

本征半导体硅在低温下，空的导带上应该没有热激发电子，如果不掺杂，价带为满带不导电表明价电子局域在格点，如果掺入3价的元素替代一部分硅原子，将在价带上留下空穴，对掺杂后价带上的电子系统，我的理解有两种：

    一、掺空穴后，相当于掺入了量子涨落，价带上的剩余价电子退局域化，变成自由电子，所以能导电。
    二、掺空穴后，价带上的剩余价电子仍然局域在格点，只是在共价键上留下空位，空位移动因此导电。
   
     请问哪一种理解正确？

[ Last edited by mlcen on 2010-1-15 at 10:45 ]
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1楼 2010-01-15 10:11:40
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mlcen

银虫 (正式写手)
请学半导体的虫友发表高见。
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2楼2010-01-15 10:32:45
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supconsimit

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★ ★
dawnlight(金币+5,VIP+0):3x,感谢分享~，欢迎常来 1-16 22:45
以我之前学的固体物理的理解来说，我比较认同第二点
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3楼2010-01-15 10:55:04
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mlcen

银虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by supconsimit at 2010-1-15 10:55:
以我之前学的固体物理的理解来说，我比较认同第二点

谢谢，空位移动其实是电子在移动，如果电子局域在格点，又怎么移动呢？
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4楼2010-01-15 11:00:35
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dashen

禁虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★ ★
dawnlight(金币+5,VIP+0):3x,感谢分享~，欢迎常来 1-16 22:46
本帖内容被屏蔽
5楼2010-01-15 11:17:47
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dashen

禁虫 (小有名气)
★ ★ ★
dawnlight(金币+3,VIP+0):3x,感谢分享~，欢迎常来 1-16 22:46
本帖内容被屏蔽
6楼2010-01-15 11:19:39
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mlcen

银虫 (正式写手)
引用回帖:
Originally posted by dashen at 2010-1-15 11:17:

第二种正确点，掺杂后，虽然电子是局域化的，但是由于声子振动会使电子在相邻的局域态间移动，故可以导电，但不是自由电子，所以说一般空穴的迁移率较低

如果在接近绝对零度没有声子的情况下，空穴型半导体是不是就不导电了？
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7楼2010-01-15 11:30:05
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supconsimit

木虫 (正式写手)
大家来讨论一下，什么情况下电子会处于局域态？
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8楼2010-01-15 12:20:43
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mlcen

银虫 (正式写手)
★
ppjason(金币+1,VIP+0):3x 1-19 21:07
引用回帖:
Originally posted by supconsimit at 2010-1-15 12:20:
大家来讨论一下，什么情况下电子会处于局域态？

根据我掌握的知识，1、强关联的情况下会出现电子局域态：比如稀薄的二维电子气会出现Wigner局域态、还有莫特绝缘体中的反铁磁态、还有理想的共振价键态（RVB态）。2、无序系统中的安德森局域。3、金属中的磁性杂质导致的近藤局域。

可是在掺空穴半导体中剩余价电子并非强关联系统，价电子浓度很高，怎么会局域呢？
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9楼2010-01-15 12:34:49
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bdtlyh

铜虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
小木虫:)(金币+2,VIP+0):3q 1-16 14:10
dawnlight(金币+5,VIP+0):3x,感谢分享~，欢迎常来 1-16 22:48
引用回帖:
Originally posted by mlcen at 2010-1-15 10:11:
本征半导体硅在低温下，空的导带上应该没有热激发电子，如果不掺杂，价带为满带不导电表明价电子局域在格点，如果掺入3价的元素替代一部分硅原子，将在价带上留下空穴，对掺杂后价带上的电子系统，我的理解有两种 ...

我谈谈我的看法，首先我觉得楼主对能带导电机理理解不是太透彻，以电子为例，满带不导电不是因为电子局域在格点上，而是因为电子分布满带，那么从K空间来看，K和-K方向分布是满对称的，两个空间电子运动速度相同而方向相反，所以电流为零。从电子量子态来说，就是电子各态分布几率相同。对于部分占据能带也一样，电子也是对称占据分布，所以总电流为零，但是加电场以后，K和-K分布不对称，总的运动速度不为零，所以出现电流。
而对于掺杂手段，就是为了获得更多的导电载流子，以楼主所说的3价杂质的掺入，当达到一定浓度以后，导电载流子主要就是杂质贡献的了，而3价杂质是受主杂质，杂质能级在禁带靠近价带位置，那么满带价带的电子就因为量子涨落或者热激发等过程，使满带中的电子激发的杂质能级，在价带形成多个空穴，这些空穴看做带正电的电子后，其K空间分布和导电原理就和前面说的电子导电一样了。不过要说明的是，杂质浓度以及杂质引起的晶格弛豫、电子局域以及重掺杂引起的杂质能级导电等因素如果考虑的话，就更复杂一些了。所以结论是楼主说的第二点基本正确，价带满带上的电子激发到能级稍高的杂质能级，杂质浓度不高的情况下，基本可以看做局域的，而激发后价带中的空穴起到导电载流子的作用，由于电场的原因，空穴K空间分布不对称，引起了电流。

以上解释请各位指正。
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10楼2010-01-15 17:28:00
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