半导体物理课件第一章.ppt

单质分子中的2个原子以共价单键结合时，它们核间距离的一半叫做该原子的共价半径。  非四面体结构结晶 硅属于间接跃迁类型，其吸收系数上升非常平缓，所以在太阳光照射下，光可到达距表面20μ以上相当深的地方，在此还能产生电子一空穴对。与此相反，对直接跃迁型材料GaAs，在其禁带宽度附近吸收系数急剧增加，对能量大于禁带宽度的光子的吸收缓慢增加，此时，光吸收和电子一空穴对的产生，大部分是在距表面2μ左右的极薄区域中发生。简言之，制造太阳电池时，用直接跃迁型材料，即使厚度很薄，也能充分的吸收太阳光，而用间接跃迁型材料，没有一定的厚度，就不能保证光的充分吸收。但是作为太阳电池必要的厚度，并不是仅仅由吸收系数来决定的，与少数载流子的寿命也有关系，当半导体掺杂时，吸收系数将向高能量一侧发生偏移。 ? 2021/2/6 * 1.3.4 有效质量的意义 （1）晶体中的电子一方面受到外力的作用,另一方面,受到内部原子及其他电子的势场作用。 （2）电子的加速度应是所有场的综合效果。 （3）内部电场计算困难。 （4）引入有效质量可使问题简单化,直接把外力和加速度联系起来,而内部的势场作用由有效质量概括。 （5）解决晶体中电子在外力作用下,不涉及内部势场的作用,使问题简化。 （6）有效质量可以直接测定。 2021/2/6 * 有效质量的正负与位置有关。 能带顶部附近,有效质量为负; 能带底部附近,有效质量为正。 有效质量的大小由共有化运动的强弱有关。 能带越窄,二次微商越小,有效质量越大（内层电子的有效质量大）; 能带越宽,二次微商越大;有效质量越小（外层电子的有效质量小）。 有效质量的特点 2021/2/6 * 2021/2/6 * 有效质量与惯性质量 有效质量与惯性质量有质的区别,前者隐含了晶格势场的作用（虽然有质量的量纲）。 2021/2/6 * 1.4本征半导体的导电机构——空穴 导电机理:电子填充能带的情况 室温下,半导体中的电子与空穴 2021/2/6 * 绝对零度时,半导体中的情况 2021/2/6 * 两种情况下的能带图 2021/2/6 * 空穴的特点 带正电荷+q 2021/2/6 * 价带顶部附近电子的加速度 2021/2/6 * 若令 则空穴的加速度可表示为 价带顶附近空穴有效质量为正 2021/2/6 * 引入空穴的意义 通常把价带中空着的状态看成是带正电的粒子,称为空穴。 引进这样一个假象的粒子――空穴后,便可以很简便地描述价带的电流。 把价带中大量电子对电流的贡献用少量的空穴表达出来。 半导体中有电子和空穴两种载流子,而金属中只有电子一种载流子。 2021/2/6 * 1.5 回旋共振 晶体各向异性,不同方向晶体性质不同,E(k)~k关系不同。 1.5.1 k空间等能面 若设一维情况下能带极值在k=0处,导带底附近 2021/2/6 * 价带顶附近 对于实际三维晶体 2021/2/6 * 设导带底位于波数k=0,导带底附近 等能量面是一系列半径为 的球面. 2021/2/6 * 但晶体具有各向异性的性质,不同方向晶体性质不同,E(k)~k关系不同。 不同的方向,电子的有效质量不一定相同 能带的极值不一定位于波数k=0处． 根据晶体各向异性的性质,用泰勒级数在极值k0附近展开。略去高次项,得 2021/2/6 * 上式可改写为 K空间等能面是环绕k0的一系列椭球面 2021/2/6 * 1.5.2回旋共振 将一块半导体样品至于均匀恒定的磁场中,设磁感应强度为B,如半导体中电子初速度为v,v与B间夹角为θ,则电子受到的磁场力f为 力的大小为 2021/2/6 * 在垂直于磁场的平面内作匀速圆周运动,速度 沿磁场方向做匀速运动,速度 运动轨迹为一螺旋线。若回旋频率为ωc,则 2021/2/6 * 若等能面为球面,根据 ,可得 向心加速度 2021/2/6 * 外加交变电磁场,则电子会吸收电场能量,加快回旋。 测量被吸收的电磁场能量,可以得到吸收谱: 在回旋频率有较大的吸收峰。 2021/2/6 * 测出共振吸收时电磁波角频率和磁感应强度,即可以求出有效质量。 若等能面为椭球面,则有效质量为各向异性的,沿 轴方向分别为 设B沿 的方向余弦分别是 2021/2/6 * 可求得 2021/2/6 * 1.6 硅和锗的能带结构 硅、锗都是间接带隙半导体: 导带底与价带顶波矢k不同。 硅和锗的价带结构:有三条价带,其中有两条价带的极值在k＝0处重合 禁带宽度随温度升高而减小 . 2021/2/6 * 能量/eV 2021/2/6