[工学]11-2半导体物理第一章.ppt

1.5-3 硅、锗111、100方向的能带 Si 100 L X Γ 111 4 3 2 1 0 -1 -2 Eg = 0.742- 4.8×10-4×T2/(T+235) (eV) 4 Eg Ge L X Γ 4 3 2 1 0 -1 -2 111 100 1.7 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体能带 ①第一布里渊区为截角八面体（14面体） ②价带顶在布里渊区中心附近，3度简并（1个重空穴带、1个 轻空穴带、1个自旋-轨道耦合分裂产生的能带） ③重空穴有效质量差别很小 ④平均原子序数较高的半导体导带底在布里渊区中心，导带电 子有效质量较小。平均原子序数较低的半导体导带底在 100或111方向 ⑤大部分为直接带隙、室温下的禁带宽度在1eV以上 1.7-1 共同特点 Ⅲ族元素：B、Al、Ga、In Ⅴ族元素：N、P、As、Sb 15种化合物半导体 1.7-2 锑化铟（InSb）能带 111 111 0 Eg=0.18 V1 V2 V3 10-4 结构：闪锌矿型 价带：价带顶接近布里渊区中心 导带：导带底在布里渊区中心 (直接带隙) 0.29 低能谷 高能谷 1.7-3 砷化镓（GaAs）能带 〈100〉 L X Γ 〈111〉 导带：导带底在布里渊区中心 L点、X点有极小值 4 3 2 1 0 -1 -2 价带：价带顶在布里渊区中心 GaAs特性： ①直接带隙，光电转换效率高 ②电子迁移率比Si高5-6倍 ③容易制成非掺杂半绝缘晶体，电阻率达到 ④器件耐400℃高温 　 ⑤抗辐射能力强 ⑥良好的太阳能电池材料 ⑦微波器件材料 1.7-4 磷化铟（InP)、磷化镓（GaP)能带 价带：价带顶在布里渊区中心 导带：导带底在（100）方向 磷化镓 磷化铟 价带：价带顶在布里渊区中心 导带：导带底在布里渊区中心 1.7-5 Ⅲ–Ⅴ族化合物混合晶体能带 一种ⅢⅤ族化合物与一种ⅢⅤ族化合物的连续固熔体晶体 例：磷砷化稼 -- 混晶比（组分） 三元化合物半导体 GaP 100% 80 60 40 20 0 Eg(eV) 0 20 40 60 80 100% GaAs 1.6 2.0 2.4 1.2 类砷化镓能带 类磷化镓能带 能带 四元混合晶体 例： 禁带宽度随混晶比的变化, P33图1-31 1.8 Ⅱ-Ⅵ 族化合物半导体能带 Ⅱ族元素：Zn、Cd、Hg Ⅵ族元素：S、Se、Te 化合物半导体, ZnS、ZnSe、ZnTe、 CdTe、HgTe 混合晶体半导体, CdTe和HgTe制成Hg1-xCdxTe三元混合晶体 （Hg1-xCdxTe能带图P34、图1-33） （CdTe、HgTe能带图P34、图1-32） CdTe is a highly useful material in the making of thin film solar cells. Thin-film CdTe provides a cost-effective solar cell design, but is less efficient than polysilicon. CdTe can be alloyed with mercury to make a versatile infrared detector material (HgCdTe). CdTe alloyed with a small amount of zinc makes an excellent solid-state X-ray and gamma ray detector (CdZnTe). CdTe is used as an infrared optical material for optical windows and lenses but it has small application and is limited by its toxicity such that few optical houses will consider working with it. An early form of CdTe for IR use was marketed under the trademarked name of Irtran-6