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第十四节 半导体异质结;内容;半导体异质结？;半导体异质结的发展历史;半导体异质结的分类;内容;突变型异质结的能带结构;平衡时，两块半导体有统一的费米能级 因而异质结处于热平衡状态。两块半导体材料交界面的两端形成了空间电荷区。n型半导体一边为正空间电荷区，p型半导体一边为负空间电荷区。正负空间电荷间产生电场，也称为内建电场，因为电场存在，电子在空间电荷区中各点有附加电势能， 1.能带发生了弯曲。 2.能带在交界面处不连续，有一个突变;则能带总的弯曲量就是真空电子能级的弯曲量即 显然 两种半导体的导带底在交界面的处突变 为（导带阶） 而价带顶的突变（价带阶） 而且 式(9-4)、式(9-5)和式(9-6)对所有突变异质结普遍适用。 ;p-n-Ge-GaAs异质结的能带图;突变np异质结的能带图;突变nn异质结;突变pp异质结;异质结界面，晶格常数较小的半导体存在一部分的不饱和键，称为悬挂键；悬挂键产生了界面态； 悬挂键密度为界面两端键密度之差：;;晶格失配引入悬挂键;;表面能级的作用;考虑表面能级的作用时的能级图;考虑表面能级的作用时的能级图;内容;突变异质结的势垒高度和; 势垒区总宽度为 势垒区内的正负电荷总量相等，即 式（9-13）可以化简为 设V(x)代表势垒区中x电的电势，则突变反型异质结交界面两边的泊松方程分别为：; 由式（9-12）（9-14）得 将上述两式代入（9-30）得 从而算得势垒区宽度XD为; 交VD1与VD2之比为 以上是在没有外加电压的情况下，突变反型异质结处于热平衡状态时得到的一些公式。若在异质结上施加外加电压V。可以得到异质结处于非平衡状态时的一系列公式：;半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性; 根据上述，低尖峰势垒情形是异质结的电子流主要由扩散机制决定，可用扩散模型处理，如图9.11中图a和图b分别表示其零偏压时和正偏压时的能带图。p型半导体中少数载流子浓度n10与n型半导体中多数载流子浓度的关系为： 取交界面x=0，当异质结加正 向偏压V时; 在稳定情况下，p型半导体中注入少数载流子运动的连续性方程为 其通解为 从???求得电子扩散电流密度; 上式为由n型区注入p型区的电子扩散电流密度，以下计算由p型区注入n型区的空穴电流密度。从p区价带顶的空穴势垒高度为 在热平衡时n型半导体中少数载流子空穴的浓度与p型半导体中的空穴浓度关系 正向电压V时在n区x=x2处的空穴浓度增加为; 从而求得空穴扩散电流密度、 由（9-62）（9-65）可得外加电压，通过异质pn结的总电流为;异质pn（扩散）结 同质pn结：;内容;异质结的一些特性和应用;;异质pn结的注入特性; 以宽禁带n型 和窄禁带p型GaAs组成的pn结为例，其禁带宽度之差 ，设p区掺杂浓度为 ，n区掺杂浓度为 由上式可得 这表明即使禁带宽n区掺杂浓度较p区低近两个数量级，但注入比仍可高达 ，异质pn结的这一高注入特性是区别于同质pn结的主要特点之一，也因此得到重要应用。 ;超注入现象;应用：半导体异质结激光器;应用：二维电子气;应用：HEMT（高电子迁移率晶体管）;量子霍尔效应;半导体超晶格;实现：分子束外延;能带工程;;共振隧穿的原理；负微分电阻； 特点：速度快(渡越时间~10-14s，2.5THz,) 共振隧穿二极管