《固体物理讲解材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体物理讲解材料（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 半导体材料,1 半导体材料物理基础 1.1 半导体中的电子状态 1.2 半导体的电学性质 1.3 半导体的光学性质 1.4 半导体磁学性质,能带的准自由电子物理模型,金属中的准自由电子（价电子）模型,1.1 半导体中的电子特征,金属中的自由电子除去与离子实相互碰撞的瞬间外，无相互作用。电子所受到的势能函数为常数。 电子波函数仍然为自由电子波函数 电子受到晶格的散射，当电子的波矢落到布里渊区 边界时，发生Bragg衍射,E,k,k(G/2) = (G/2)2时： 自由电子波满足Bragg 方程，行波不存在，代 之于驻波解，形成能带,1.1 半导体中的电子特征,金属、绝缘体、半导体的能带特
2、征,Eg,Eg,金属,绝缘体,半导体,价带,导带,1.1 半导体中的电子特征,半导体能带结构的基本特征 直接带隙和间接带隙半导体,直接带隙,间接带隙,1.1 半导体中的电子特征,电子的有效质量,一维情况：,三维情况：,有效质量为张量 价带顶附近的有效质量量为负 导带底附近的有效质量为正,1.1 半导体中的电子特征,半导体中的载流子电子和空穴,Eg,跃迁,传导电子,空穴,空穴的有效质量是价带顶电子有效质量的负值，即为正,1.1 半导体中的电子特征,半导体的导电特征,导带底电子沿外加电场反方向漂移 价带顶电子沿外加电场方向的漂移,E,e,je,ve,h,vh,jh,1.1 半导体中的电子特征,本征
3、半导体不含杂质的半导体,价带,EF,(T= 0K),导带,1.1 半导体中的电子特征,本征半导体的载流子浓度,1.1 半导体中的电子特征,施主掺杂及n型半导体,P,ED,1.1 半导体中的电子特征,施主能级和施主电离,类氢原子模型：,1.1 半导体中的电子特征,受主掺杂及p型半导体,EA,1.1 半导体中的电子特征,类氢原子模型：,受主能级和受主电离,1.1 半导体中的电子特征,杂质能级上的电子和空穴分布,应用Fermi-Dirac分布可以得到：,施主能级被电子占据的概率,受主能级被空穴占据的概率,电离施主浓度,电离受主浓度,1.1 半导体中的电子特征,n型半导体的平衡载流子浓度,n0 = n
4、D+P0,电中性条件：,1.1 半导体中的电子特征,p型半导体的平衡载流子浓度,电中性条件：,p0 = nA+n0,1.1 半导体中的电子特征,非平衡载流子,非平衡载流子的产生： （1）光辐照 （2）电注入,1.1 半导体中的电子特征,非平衡载流子-非平衡载流子的寿命和复合,1.1 半导体中的电学性质,漂移速度和迁移率,微分欧姆定律：,平均漂移速度和迁移率,n型半导体，且np,p型半导体，且pn,本征半导体,1.1 半导体中的电学性质,电导率的影响因素载流子的散射,电离杂质散射,1.1 半导体中的电学性质,迁移率的计算,总散射概率：,平均弛豫时间：,平均迁移率,1.1 半导体中的电学性质,p-
5、n结的制备工艺,合金法,扩散法,1.1 半导体中的电学性质,p-n结平衡能带结构,1.1 半导体中的电学性质,p-n结平衡电势,1.1 半导体中的电学性质,p-n结的整流特性,I,V,直接吸收,间接吸收,1.1 半导体中的电学性质,半导体的光吸收及光电导,半导体的光生伏特效应,1.1 半导体中的电学性质,光,负载,半导体的霍尔效应,霍尔效应的产生机制,半导体的霍尔效应,霍尔系数及霍尔迁移率,x方向施加电场Ex，电流密度为Jx, z方向施加磁场Bz y方向产生的电场Ey为：,RH称为霍尔系数，单位为：m3C-1,霍尔角（q）：总电场E与电流方向的夹角,mH为霍尔系数,半导体的磁阻效应,半导体的磁
6、阻效应及其物理机制,磁阻效应：在垂直于电流方向上施加磁场，沿外加电场方向的电流密度有所降低，即表观电阻增大，称此效应为磁阻效应,物理机制,锗、硅半导体,Ge、Si的物理性质,锗、硅半导体,Ge、Si的晶体结构,锗、硅半导体,Ge、Si的能带结构,锗、硅半导体,Ge、Si单晶中的杂质,、族杂质：受主或施主 其它杂质：复合中心或陷井，对导电性影响不大,、族化合物半导体,、族化合物半导体的一般性质,、族化合物半导体的晶体结构,、族化合物半导体,、族化合物半导体的化学键和极性,、族化合物半导体,锗、硅半导体,Ge、Si单晶中的缺陷,位错：一方面，吸引其周围点缺陷，增加少子寿命 一方面，晶格畸变增大，使载流子复合，少子寿命减小 刃位错：悬挂键，受主能级,GaAs半导体的能带结构,、族化合物半导体,InSb半导体的能带结构,、族化合物半导体,GaP半导体的能带结构,、族化合物半导体,GaAs中的杂质和缺陷,、族化合物半导体,施主： Se, S, Te取代As 受主：Zn,Be,Mg,Cd,Hg取代Ga 两性杂质：Si,Ge,Sn,Pb 中性杂质：B,Al,In,空位是重要的点缺陷,、族化合物半导体的一般性质,、族化合物半导体,、族化合物半导体的一般性质,、族化合物半导体,、族化合物的晶体结构,、族化合物半导体,、族化合物的能带结构,、族化合物半导体,、族化合物的杂质,、族化合物半导体,
