问答题 试解释重掺杂半导体使禁带宽度变窄的原因。
【正确答案】在重掺杂半导体中,杂质浓度对能带结构的作用表现在对两个能态密度函数的影响上。一个是与宿主晶格相联系的态密度,另一个是与杂质原子相联系的态密度。
   对于n型硅,随着杂质浓度的增加,杂质向晶格提供的电子数越来越多,这些过量电子的屏蔽作用改变了宿主原子最外层电子所处的周期势场,而杂质原子本身在宿主晶格中分布的涨落性进一步使这一周期势场发生变化,这就导致了能带结构的改变——导带失去了原有的明确的边界,其边缘伸到了禁带,形成了所谓“能带尾”。这是对第一个能态密度的影响造成的。
   对第二个能态密度的影响:随着杂质浓度的提高,杂质原子间的距离不断缩小,相邻杂质原子外层电子的波函数相互交叠,所对应的能态密度也随之变化,孤立的杂质能级扩展为准连续的杂质能带。
   这样,在重掺杂半导体中,由于以上能带结构的变化,形成了简并能带,便导致了禁带宽度的变窄。定量计算表明,掺磷的硅材料,当磷浓度为3×1018cm-3时。杂质带与导带已相当程度的重叠,当杂质浓度从1019cm-3增加到3×1020cm-3时,杂质带与导带重叠很多,以至难以分辨。
【答案解析】