半导体物理1完整课件.ppt

* * 1.5 回旋共振 等能面的形状与有效质量密切相关 ?球形等能面 有效质量各向同性，即只有一个有效质量 ?椭球等能面 有效质量各向异性，即： 在不同的波矢方向对应不同的有效质量 * * 1.5 回旋共振 等能面为球面 半导体样品置于均匀恒定磁场中， 回旋频率为 以电磁波通过半导体样品，交变电场频率等于回旋频率时，发生共振吸收 测出频率和电磁感应强度便可得到mn* * * 1.5 回旋共振 等能面为椭球（有效质量各向异性） 电子受力 电子运动方程 * * 1.5 回旋共振 电子做周期性运动，取试解 代入(1－50)式得 * * 1.5 回旋共振 要使 有异于零的解， 系数行列式必须为零，即： 回旋频率为 式中 * * 1.6 硅和锗的能带结构 1. 硅的导带结构 通过改变磁场方向，回旋共振实验可以得到一系列m*，进而可以求出mx*，my*，mz* 一个磁场方向应该只对应一个吸收峰 kx ky kz B α β γ * * 1.6 硅和锗的能带结构 Si的回旋共振结果 1)若B沿[111]方向，只有一个吸收峰 2)若B沿[110]方向，有2个吸收峰 3)若B沿[100]方向，有2个吸收峰 4)若B沿任意方向，有3吸收峰 * * 1.6 硅和锗的能带结构 根据以上结果,可以假设: 1) 导带最小值不在k空间原点,在[100]方向上,即是沿[100]方向的旋转椭球面 2) 根据硅晶体立方对称性的要求, 也必有同样的能量在 方向上 3) 如图l-22所示,共有六个旋转椭球等能面,电子主要分布在这些极值附近 1 2 3 4 5 6 * * 1.6 硅和锗的能带结构 1 2 3 4 5 6 磁场B的方向是参照真实晶体空间 面心立方的倒点阵也是体心立方 对于正交晶系，正倒点阵的坐标方向一致 磁场B的方向也可以参照晶体的k空间 B * * 1.6 硅和锗的能带结构 1 2 3 4 5 6 当B沿[111]方向时 此时，只有一个吸收峰 * * 1.6 硅和锗的能带结构 1 2 3 4 5 6 当B沿[110]方向时 有两个吸收峰 当B沿[100]方向时 有两个吸收峰 当B沿任意其它方向时 有三个吸收峰 * * 1.6 硅和锗的能带结构 2. 硅的能带结构 * * 1.6 硅和锗的能带结构 3. 锗的能带结构 * * 1.6 硅和锗的能带结构 4. 能带结构与温度的关系 定性分析Si、Ge的禁带宽度具有负温度系数的原因？ * * 1.6 硅和锗的能带结构 电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之，温度降低，将导致禁带变宽。 因此，Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数。 * * 1.6 硅和锗的能带结构 5. SiGe混合晶体的能带 硅、锗构成的混合晶体写为Si1-xGex，x称为混晶比，其禁带宽度Eg随x的变化如图所示 x0.85，能带属于类Ge型 x0.85，能带属于类Si型 * * 作业 课后题1、2、3、4 5.什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多， 为什么？ 6.简述Ge、Si和GaAs的能带主要特征。 * * 1.7 Ⅲ－Ⅴ族化合物的能带结构 1. 共性 导带：多数极小值k=0处，各向同性 价带：1）稍偏离中心 2）稍各向异性 * * 1.7 Ⅲ－Ⅴ族化合物的能带结构 2. GaAs的能带结构 ?导带极小值位于布里渊区中心k＝0处，等能面为球面，导带底电子有效质量为0.067mo ?在[111]方向布里渊区边界还有一个导带极小值，极值附近的曲线的曲率比较小，此处电子有效质量比较大,约为0.55mo 。它的能量比布里渊区中心极小值的能量高0.29eV。正是由于这个能谷的存在，使砷化镓具有特殊的性能（见第四章）。 ?价带结构与硅、锗类似。 ?室温下禁带宽度为1.424ev。 * * 1.7 Ⅲ－Ⅴ族化合物的能带结构 3. 直接禁带半导体和间接禁带半导体 GaAs的导带的极小值点和价带的极大值点为于k空间的同一点，这种半导体称为直接禁带半导体。 硅和锗的导带底和价带顶在k空间处于不同的k值，为间接带隙半导体。 直接禁带半导体和