华南理工大学《大学物理II》大学物理半导体3.pptVIP

* 解定态薛定鄂方程， 可以得出两点重要结论： １.电子的能量是量子化的; ２.电子的运动有隧道效应。 原子的外层电子(高能级)， 势垒穿透概率 较大， 电子可以在整个固体中运动,称为 共有化电子。 原子的内层电子与原子核结合较紧,一般 不是 共有化电子。 §1 、 固体的能带 一. 电子共有化 二. 能带 量子力学计算表明，固体中若有N个 原子，由于各原子间的相互作用，对应于 原来孤立原子的每一个能级,变成了N条靠 得很近的能级,称为能带。 能级 能带 ?E 能带的宽度记作?E ， 数量级为 ?E～eV。 若N~1023,则能带中两能级的间距约10-23eV。 一般规律： 1. 越是外层电子，能带越宽，?E越大。 2. 点阵间距越小，能带越宽，?E越大。 3. 两个能带有可能重叠。 离子间距 a 2P 2S 1S E 0 能带重叠示意图 三 . 能带中电子的排布 固体中的一个电子只能处在某个能带中的 某一能级上。 排布原则： １. 服从泡里不相容原理 ２. 服从能量最小原理 设孤立原子的一个能级 Enl ，它最多能容纳 电子。 这一能级分裂成由 N条能级组成的能带后， 能带最多能容纳电子。 电子排布时，应从最低的能级排起。 有关能带被占据情况的几个名词： 1．满带（排满电子） 2．价带（能带中一部分能级排满电子） ? 亦称导带 3．空带（未排电子） ? 亦称导带 4．禁带（不能排电子） 2ｐ、３ｐ能带，最多容纳 6Ｎ个电子。 例如，1ｓ、２ｓ能带，最多容纳 2Ｎ个电子。 §2 、 导体和绝缘体 它们的导电性能不同， 是因为它们的能带结构不同。 固体按导电性能的高低可以分为 导体 半导体 绝缘体 在外电场的作用下，大量共有化电子很 易获得能量，集体定向流动形成电流。 从能级图上来看，是因为其共有化电子 很易从低能级跃迁到高能级上去。 E 导体 导体 导体 导体 ?Eg 从能级图上来看，是因为满带与空带之间 有一个较宽的禁带（?Eg 约3～6 eV）， 共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到 高能级（空带）上去。 在外电场的作用下，共有化电子很难接 受外电场的能量，所以形不成电流。 绝缘体 绝缘体 ?Eg 的能带结构,满带与空带之间也是禁带， 但是禁带很窄（?E g 约0.1～2 eV )。 半导体 半导体 ?Eg 绝缘体与半导体的击穿 当外电场非常强时，它们的共有化电子 还是能越过禁带跃迁到上面的空带中的。 绝缘体 半导体 导体 §３、 半导体的导电机构 一. 本征半导体 本征半导体是指纯净的半导体。 本征半导体的导电性能在导体与绝缘体 之间。 1. 电子导电-----半导体的载流子是电子 2. 空穴导电-----半导体的载流子是空穴 满带上的一个电子跃迁到空带后, 满带中出现一个空位。 例. 半导体 Cd S（硫化镉） 满 带 空 带 h? ?Eg=2.42eV 这相当于产生了一个带正电的粒子(称为“空穴”)。 电子和空穴总是成对出现的。 - 空带 在外电场作用下, 空穴下面能级上 的电子可以跃迁 到空穴上来, 这相当于空穴 向下跃迁。 形成电流, 称为空穴导电 ?Eg 满带 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ?解? 上例中,半导体 Cd S激发电子, 光波的波长最大多长？ 二. 杂质半导体 １. n型半导体 四价的本征半导体 Si（硅）、Ｇｅ（锗）等，掺入少量五价的杂质元素如P（磷）、As（砷）等，形成电子型半导体,称 n 型半导体。 量子力学表明，这种掺杂后多余的电子的 能级在禁带中紧靠空带处, ?ED～10-2eV， 极易形成电子导电。 该能级称为施主能级。 n 型半导体 在n型半导体中 电子……多数载流子 空 带 满 带 施主能级 ED Eg 空穴……少数载流子 Si P Si Si Si Si Si Si - - - - - - ２.ｐ型半导体 四价的本征半导体Si、Ｇe等，掺入少量 三价的杂质元素（如Ｂ硼、Ga镓、Ｉn铟等） 形成空穴型半导体，称 p 型半导体。 量子力学表明，这种掺杂后多余的空穴的 能级在禁带中紧靠满带处，?ED～10-2eV， 极易产生空穴导电。 该能级称受主能级。 空 带 Ea 满 带 受主能级 P型半导体 Eg 在