半导体物理学讲义转.pdf

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半导体物理学讲义转

Mine论坛友情提供:欢迎访问交流半导体物理经验 第一章 半导体中的电子状态 本章介绍: 本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构,半导 体中能带的形成,半导体中电子的状态和能带特点,在讲解半导体中电子的运动时,引入了 有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构,引入了空穴散射的概念。最后,介绍了Si、 Ge和GaAs 的能带结构。 在 1.1节,半导体的几种常见晶体结构及结合性质。 在 1.2节,为了深入理解能带的形成,介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的 状态和能带特点,并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较,在此基础上引入本征激发的 概念。 在 1.3节,引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。 在 1.4节,阐述本征半导体的导电机构,由此引入了空穴散射的概念,得到空穴的特点。 在 1.5节,介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。自学内容。 在 1.6节,介绍Si、Ge 的能带结构 在 1.7节,介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构,主要了解GaAs 的能带结构 第一节 半导体的晶格结构和结合性质 本节要点 1.常见半导体的3种晶体结构; 2.常见半导体的2种化合键。 1. 金刚石型结构和共价键 重要的半导体材料Si、Ge都属于金刚石型结构。这种结构的特点是:每个原子周围都 有四个最近邻的原子,与它形成四个共价键,组成一个如图1 (a)所示的正四面体结构, 其配位数为4。 金刚石型结构的结晶学原胞,是立方对称的晶胞如图1 (b)图所示。它是由两个相同 原子的面心立方晶胞沿立方体的空间对角线滑移了1/4空间对角线长度套构成的。立方体顶 角和面心上的原子与这四个原子周围情况不同,所以它是由相同原子构成的复式晶格。其固 体物理学原胞和面心立方晶格的取法相同,但前者含两个原子,后者只含一个原子。 原子间通过共价键结合。共价键的特点:饱和性、方向性。 Mine论坛友情提供:欢迎访问交流半导体物理经验 2. 闪锌矿结构和混合键 -V族化合物半导体绝大多数具有闪锌矿型结构。闪锌矿结构由两类原子各自组成的 面心立方晶胞沿立方体的空间对角线滑移了1/4空间对角线长度套构成的。每个原子被四个 异族原子包围。 两类原子间除了依靠共价键结合外,还有一定的离子键成分,但共价键结合占优势。 在垂直于[111]方向,闪锌矿结构是由一系列 族原子层和V族原子层构成的双原子层 堆积起来的。 3. 纤锌矿型结构 纤锌矿型结构和闪锌矿型结构相接近,它也是以正四面体结构为基础构成的,但是它具 有六方对称性,而不是立方对称性,图2为纤锌矿型结构示意图,它是由两类原子各自组成 的六方排列的双原子层堆积而成。两类原子的结合为混合键,但离子键结合占优势。 第二节 半导体中的电子状态和能带 本节要点 1.电子的共有化运动,.导带、价带、禁带的形成; 2.周期性波函数; 3.导体、半导体、绝缘体的能带与导电性能的差异。 1.原子的能级和晶体的能带 电子共有化运动:由于相邻原子的“相似”电子壳层发生交叠,电子不再局限在某 一个原子上而在整个晶体中的相似壳层间运动,引起相应的共有化运动。 能级的分裂:n个原子尚未结合成晶体时,每个能级都是n度简并的,当它们靠近结合 成晶体后,每个电子都受到周围原子势场的作用,每个n度简并的能级都分裂成n个彼此相 距很近的能级。 允带、禁带的形成:同一能级分裂的n个彼此相近的能级组成一个能带,称为允带,允 带之间因没有允许能级,称为禁带。 2. 半导体中的电子的状态和能带 自由电子具有波粒二象性,遵守定态薛定谔方程; Mine论坛友情提供:欢迎访问交流半导体物理经验   h k v = m 0 (1-1)

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