晶体的能带.PPT

* * * 固体的导电 李 晟 2012.12 晶体 其原子在三维空间中周期性排列的固体 特征量 电阻率r 电阻率的温度系数 电阻率如何随温度发生变化 载流子数密度n 单位体积中的载流子数目 根据电阻率可将固体分成两类 绝缘体：基本不导电 非绝缘体 金属 半导体：电阻较大，负a 晶体的能带 对于晶体中的电子，由于整体效应导致电子能级会形成能带 某些能量区间能级及其密集，称能带 某些能量区间没有能级，称禁带 绝缘体 电子将某个能带以下全部填满 已填最高能带距离下个能带Eg很大 电子在已填能带中难以活动 电子需要获得很高能量才能抵达下一个能带 半导体 最高已填能带距离下个能带的带隙Eg不大 电荷只需要获得不大的能量就可以到下个能带中运动 热涨落使得电荷进入导带 升温将增加载流子浓度 温度越高电阻越小 金属 没有带隙 绝对零度下填充的最高能级称费米能级，相应的能量称费米能量 电荷可以自由运动 电阻率很小 电阻来源于散射 温度越高电阻越大 态密度 单位体积中能量为E的状态数 能级的占有率 费米-狄拉克统计 状态占有数 费米能计算 零温时总状态数满足 n等于单位体积内传导电子的总数 空穴 半导体中价带中的电子会因为热涨落进入导带 价带中留下空位，称空穴 导带中电子的运动对应于价带中空穴的运动 掺杂半导体 N型半导体 硅晶体中掺杂磷原子 5价的原子替换了4价的原子 多出来的电子受到的束缚较小，将分布于导带底部 电子载流子多余空穴载流子 掺杂半导体 P型半导体 硅晶体中掺杂铝原子 3价的原子替换了4价的原子 缺少电子，会增加空穴 空穴载流子多于电子 PN结 将P型半导体和N型半导体连在一起 P型有较多的空穴，N型有较多的电子 电子会扩散到P型区域 空穴会扩散到N型区域 P型区域带负电，N型区域带正电 形成电势差 平衡时该电势差会阻止电荷的运动 结整流器 加正向偏压 交错区域变窄 有电流流过 反向偏压扩大交错区域 阻止电荷流过 PN结的单向导电性起到整流作用 其他应用 发光二极管 电子从导带跳到价带时可能发射光子 光敏二极管（光电管） 光子将电子从价带激发到导带，改变载流子浓度 半导体激光器 场效应管 电源VDS驱动电流从D流向S 电源VGS在N型半导体和P型半导体间形成一电场，该电场的作用使得N型半导体中的电子进入P型半导体，减少了载流子浓度 通过VGS的调控可调控IDS的大小，甚至开关 集成电路 晶体管的极限：10nm 未来的走向 新材料 3D 新型计算机：光计算、量子计算、生物计算。。。 作业：42章 习题3，25、40、45、48 预习：43章 * * * * * * *