第1章半导体中的电子状态资料.ppt

* 赝晶（共格）生长 用分子束外（MBE）延法，在Si上外延生 长Si1-xGex合金薄膜，当外延层厚度在适当的范 围时，晶格的失配可通过Si1-xGex合金层的应变 补偿或调节，则得到无界面失配的Si1-xGex合金 薄膜。 * 无应变的体Si1-xGex合金 的禁带宽度（4.2K） * 应变Si1-xGex合金的禁带宽度 改变 Ge 组分 x 和应变的大小，则可调整 应变Si1-xGex合金的禁带宽度。 * 应变和无应变的Si1-xGex 的Eg与Ge 组分的关系 0 20 40 60 80 100 Ge 组分 x (%) 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 禁带宽度 (eV) 2 3 应变的 无应变 轻空穴带 重空穴带 SiGe/Si应变 层超晶格材料 新一代通信 * 5. 宽禁带半导体材料（Eg?2.3）的能带 SiC、金刚石、II族氧化物、 II族硫化物、 II族硒化物、III氮化物及其合金 ?高频、高功率、高温、抗辐射和高密度 集成的电子器件 ?蓝光、绿光、紫外光的发光器件和光探 测器件 * SiC的晶格结构和能带 同质多象变体（同质多型体）： 在不同的物理化学环境下，形成两种或两 种以上的晶体，这些成分相同，形态、构造和 物理性质有差异的晶体称为 ~ 。 SiC的多象变体约 200 多种。 * 结构的差异使 SiC 的禁带宽度不同 ?－SiC: 立方晶体结构的 SiC 变体 ?－SiC: 六方和菱形晶体结构的 SiC 变体 * ?－SiC 晶体的能带特点 间接带隙 导带极小值在 X 点（X1c） 价带极大值在 ? 点（?15v） * 0.40 0.44 0.48 2 4 6 8 10 12 晶格常数 a(nm) 能量 E(eV) X1c L1c ?15c ?1c 压力显 著改变 能带结 构 ?－SiC 的能隙与晶格常数 a 的关系 * GaN, AlN 的晶格结构和能带 III族氮化物： GaN, AlN, InN, AlGaN, GaInN, AlInN, AlGaInN等 禁带宽度范围： 红、黄、绿、蓝和紫外光 晶格结构： 闪锌矿和纤锌矿 * GaN晶体的能带特点 直接带隙 导带极小值与价带极大值在 ? 点 对纤锌矿和闪锌矿结构 * AlN晶体的能带特点 对纤锌矿结构 直接带隙 导带极小值与价带极大值在 ? 点 对闪锌矿结构 间接带隙 ?导带极小值在 X 点，价带极大值在 ? 点 * 第一章 小结 ●在完整的半导体中，电子的能谱是一些密集的能级组成的带（能带），能带与能带之间被禁带隔开。在每个能带中，电子的能量E可表示成波矢的函数E(k)。在绝对零度时，完全被电子充满的最高能带，称为价带，能量最低的空带称为导带。 * ●有效质量的概念及物理意义。 * ●两种载流子的比较 价带附近的空状态，称为空穴。可以把它看成是一个携带电荷（+q)、以与空状态相对应的电子速度运动的粒子。空穴具有正的有效质量。 ●直接带隙半导体和间接带隙半导体 * 第一章习题 1.P44习题1 2.已知一维晶体的电子能带可写成： 式中a是晶格常数，试求： （1）能带宽度的表达式。 （2）电子在波矢k状态时的速度表达式。 * 3.右图为能量曲线E(k)的形状，试回答： （1）在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个带中，哪一个带的电子有效质量数值最小？ （2）在考虑Ⅰ、Ⅱ两个带充满电子，而第Ⅲ个带全空的情况，如果少量电子进入第Ⅲ个带，在Ⅱ带中产生同样数目的空穴，那么Ⅱ带中的空穴有效质量同Ⅲ带中的电子有效质量相比，是一样、还是大或小？ Ⅰ Ⅱ Ⅲ -π/a π/a P13图1-10(c) * * * * mt 为横向有效质量, ml 为纵向有效质量 若 mlmt, 为长旋转椭球 mtml,为扁形旋转椭球 * (3) 极值点 k0 在原点 能量 E 在波矢空间的分布为球形曲面 * ● ko kx ky kz * 将一半导体样品放在一均匀恒定的磁场B中, 电子在磁场中作螺旋运动,它的回旋频率ωc 与有效质量(对于球形等能面)的关系为: 2. 回旋共振法 * 测出共振吸收时电磁波的频率 ? 和磁感应强度 B，便可算出有效质量 m*。 再以电磁波通过半导体样品，当交变电磁场 频率 ? 等于 ?c 时，就可以发生共振吸收。 确定能带极值附近 E(k) 与 k 的关系。 * 设 B 沿 kx, ky, kz 轴的方向余弦分别为?，?，?，则 如果等能面是椭球面，则有效质量是各向异性的。沿kx, ky, kz 轴方向分别为mx*, my*, mz*。 E(k)等能面的球半径为: * 二. 半导体的能带结构 1. 元素半导体的能带结构 金刚石结构 x y z *