半导体物理总复习1.ppt

半导体物理复习 1.1 半导体的晶格结构和结合性质 金 刚 石 晶 体 结 构和共价键 Si：a=5.43A; Ge:a=5.66A ; ?-SiC:a=4.35A， 金刚石 a=3.567A 每一个Si(或Ge)原子有四个近邻原子，构成四个共价键。 Ⅲ-Ⅴ族和大部分Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体属于闪锌矿结构 第一章 一、基本概念 1. 能带，允带，禁带，K空间的能带图 能带: 在晶体中可以容纳电子的一系列能级 允带：分裂的每一个能带都称为允带。 禁带：晶体中不可以容纳电子的一系列能级 K空间的能带图：晶体中的电子能量随电子波矢k的变化曲线，即E（K）关系。 2、半导体的导带，价带和禁带宽度 3.电子的有效质量 （1） 晶体中的电子在外加电场作用下，电子除受外电场的作用力，还受到内部原子核和其它电子的作用力，但内部势场的作用力难以精确确定。电子的有效质量将晶体导带中电子的加速度与外加作用力联系起来，电子有效质量概括了晶体中内部势场对电子的作用力。这样仍能用经典力学的方法来描述晶体中电子运动规律。即： （3）电子的有效质量与晶体的能带结构有关 利用有效质量可以对半导体的能带结构进 行研究 （4）有效质量可以通过回旋共振实验测得，并 椐此推出半导体的能带结构 ： 讨论题1 讨论题2 图1所示E-k关系曲线表示出了两种可能的导带，则导带，（ B带 ）对应的电子有效质量较大 图2所示的E-k关系曲线表示出了两种可能的价带，则价带（ B带 ）对应的空穴有效质量大。 4.空穴：空穴是几乎被电子填满的能带中未被电子占据的少数空的量子态，这少量的空穴总是处于能带顶附近。是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带顶的电子空位。把半导体中的空穴看成一个带有电荷为+q，并以该空状态相应的电子速度v(k)运动的粒子，它具有正的有效质量，价带中大量电子的导电作用可以用少数空穴的导电作用来描写。 5。直接带隙半导体和间接带隙半导体 直接带隙半导体：导带低和价带顶对应的电子波矢相同 间接带隙半导体：导带低和价带顶对应的电子波矢不相同 1.6硅、锗的能带结构 二. 基本公式 例1、 一维晶体的电子能带可写为， 式中a为晶格常数，试求 1、能带宽度； 2、电子在波矢k状态时的速度； 3、能带底部电子的有效质量； 4、能带顶部空穴的有效质量； 例题2（44页1题） 第二章 基本概念 1。施主杂质，施主能级，施主杂质电离能 施主杂质：能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心的杂质，称为施主杂质，掺有施主杂质的半导体叫N型半导体。。 施主能级被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级ED，施主能级位于离导带低很近的禁带中。 施主杂质电离能：导带底EC与施主能级ED的能量之差?ED=EC-ED就是施主杂质的电离能。施主杂质未电离时是中性的，电离后成为正电中心 2。受主杂质，受主能级，受主杂质电离能 受主杂质：能够能够接受电子而在价带中产生空穴，并形成负电中心的杂质，称为受主杂质，掺有受主杂质的半导体叫P型半导体。 受主能级：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA，受主能级位于离价带低很近的禁带中。 受主杂质电离能：价带顶EV与受主能级EA的能量之差?EA=EV-EA就是受主杂质的电离能。受主杂质未电离时是中性的，电离后成为负电中心 被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级ED。 施主能级位于离导带低很近的禁带中 杂质原子间的相互作用可忽略，某一种杂质的施主能级是一些具有相同能量的孤立能级。 被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA。 施主能级位于离价带顶很近的禁带中 杂质原子间的相互作用可忽略，某一种杂质的受主能级是一些具有相同能量的孤立能级。 3.本征半导体，杂质半导体，杂质补偿半导体 本征半导体：没有杂质原子且晶体中无晶格缺陷的纯净半导体 杂质半导体：掺有施主杂质的N型半导体或掺有受主杂质的p型半导体都叫杂质半导体 杂质补偿半导体：同一半导体区域内既含有施主杂质又含有受主杂质的半导体 例题 使用能带模型，形象而简单地说明半导体的： （1）电子；（2）空穴；（3）施主；（4）受主； （5）温度趋于0K时，施主对多数载流子电子的冻结； （6）温度趋于0K时，受主对多数载流子空穴的冻结； （7）在不同能带上载流子的能量分布 （8）本征半导体；（9）n型半导体； （10）P型半导体；（11）非间并半导体； （12）间并半导体 （13）直接带隙半导体； （14