半导体物理第二章解读.ppt

课堂练习：习题3（P58) 2.6.3 状态密度、态密度有效质量、电导有效质量 状态密度:能带中能量E--E+dE之间有dZ个量子态。 即状态密度是能带中能量E附近单位能量间隔内的量子态数目 半导体的导带和价带中，有很多能级存在，间隔 很小，约10-22eV，可以认为是准连续的。 怎样理解状态密度？ 1、理想晶体的k空间的状态密度 （1）：一维晶体（一维单原子链） 设它由N个原子组成，晶格常数为a，晶体的长为L=aN，起点在x处 在x和x+L处，电子的波函数分别为φ(x)和φ(x+L) φ(x)=φ(x+L) 满足周期性边界条件: ∴ ∵ ∴ ∴ （2）.三维立方晶体 设晶体的边长为L，L=N×a，体积为V=L3 K空间中的状态分布 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? kz ky kx 小立方的体积为： 一个允许电子存在的状态在k空间所占的体积 ∴单位 k 空间允许的状态数为： 即：单位k空间体积内所含的允许状态数正比于晶体体积 V 如考虑自旋后，k空间的电子态密度为 任意k空间体积 V 中所包含的电子态数为： 波矢k ～ 电子态的关系 能量E ～ 电子态的关系 能量E～波矢k 态密度的计算方法 2、半导体导带底附近和价带顶附近的 状态密度 （1）、极值点 k0=0，E(k)为球形等能面 (a) 导带底 球形等能面的半径k： 球所占的k空间的体积为： 设这个球内所包含的电子态数为Z(E)： 能量由E增加到E+dE，k空间体积增加： 电子态变化dZ(E )： 导带底附近单位能量间隔的电子态数—量子态（状态）密度为： 价带顶部 E Ec 1 Ev 2 gc(E) gv(E) 状态密度与能 量的关系图 称mn、DOS导带电子状态密度有效质量 称mp、DOS价带空穴状态密度有效质量 对于旋转椭球面 纵向有效质量 横向有效质量 轻空穴有效质量 重空穴有效质量 电导有效质量: 材料导电性能，取决于载流子对外电场的响应能力。 这种对外电场的响应能力，受制于两个要素：一个是晶格热振动及其缺陷对载流子的散射，另一个就是载流子受外电场加速的能力，说白了就是它的惯性（即质量），这便是所谓的电导有效质量，它是载流子在晶格势场和外电场的综合作用下所表现出的等效质量，可通过实验直接测得。 电子状态密度有效质量 电导有效质量: 电子结构有效质量: 自习：P52例8 2.7 能带工程简介 能带工程：创造人工改性半导体材料的工程。创造人工改性半导体材料是通过对材料的物理参数和几何参数的设计和生长，来改变其能带结构和带隙图形，以优化其电学性质和光学性质，采用人工改性半导体材料可以优化电子器件和光电子器件的特性。 何为能带工程【energy band engineering】？ 基于对不同带隙材料的剪裁，使电子在半导体内的运动发生重大变化，从而获得性能优越的新器件。 通过改变材料的能带结构，使电子在半导体内的运动发生重大变化，从而获得性能优越的新器件。 2.7.1 同质结、异质结及不连续带 同质结：相同带隙的同种材料构成的结。 P-Si N-Si 异质结：不同材料构成的结。 P N P N 1、跨立型结构 2、错开型结构 P N 3、破隙型结构 本章小结 1、德布罗意假设，实物都具有（波粒二象性 ），其粒子能量为（ ），准动量为（ ）； 2、能带是指（ 晶体中电子运动状态的能量取值范围 ） 3、自由电子运动状态与（ k ）有关，其能量表达式为（ ）； 4、禁带宽度是指（ ）； 5、金属与半导体的能带差异为（ 金属总存在不满带 ），导电性差异为（金属导电为电子导电，半导体有两种导电载流子，电子和空穴 ）； 6、半导体与绝缘体能带差异为（ 禁带宽度不同 ）； 7、空穴是（等效价带电子导电的等效粒子 ）； 8、直接带隙是指（ ），间接带隙指是（