半导体物理课件-半导体中的电子状态.ppt

元素半导体 现在发现的具有半导体性质的元素大多位于元素周期表中从金属到非金属的过渡区。 Si、Ge是常用的半导体材料，用于VLSI，大多数半导体器件。 化合物半导体 某些Ⅲ－Ⅴ族化合物（AIIIBV）和Ⅱ－Ⅵ族化合物 （AIIBVI）具有半导体性质， Ⅲ－Ⅴ ：Al，Ga，In —— P，As，Sb（锑） Ⅱ－Ⅵ：Zn，Cd，Hg —— S，Se，Te（碲） 常用的有：GaAs ，GaP ，InP，InAs，InSb，PbS 用于高速器件，高速集成电路，发光，激光，红外探测等。 混合晶体构成的半导体材料 ◆两种Ⅲ-Ⅴ族化合物按一比例组成: xAⅢCⅤ+(1-x)BⅢCⅤ ◆两种Ⅱ-Ⅵ族化合物按一比例组成: xAⅡCⅥ+(1-x)BⅡCⅥ 由于可能通过选取不同比例的x，而改变混晶的物理参数(禁带宽度， 折射率等)，这样人们可以根据光学或电学的需要来调节配比x。 主要用在异质结，超晶格和远红外探测器。 三、常见半导体的结构类型与共价四面体 六种常见结构类型 ◆金刚石结构Si、Ge ◆闪锌矿结构GaAs、InP、InAs、InSb、AlP、AlSb、CdTe、 GaP ◆纤锌矿结构GaN、AlN ◆氯化钠结构PbS、PbSe ◆硫化汞结构HgS ◆石墨结构 ◆金刚石结构 共价四面体 Si,Ge元素的最外层有4个价电子，两两分别位于最外层的S轨道和P轨道： 当Si、Ge的原子形成晶体时，原来在s 轨道上的二个价电子，有一个被激发到了p 轨道，形成s、px,py,pz四个轨道各有一个电子，然后它们再“混合”起来重新组成四个等价轨道，这种轨道称为sp3杂化轨道，这样这四个电子，在四个新的等价轨道上， 都成为未配对电子，而且它们的电子云分布基本上是单侧地伸向四面体的四个顶角,当原子结合成晶体时，就依照电子云重叠最多的角度，也就是四面体顶心这种角度进行(109°28‘)。 ◆闪锌矿结构 闪锌矿结构是以交错组态的搭接方式构成的. 在Ⅲ－Ⅴ族(AIIIBⅤ)和Ⅱ－Ⅵ族(AⅡBⅥ)化合物半导体中,每对A,B原子， 亦完成SP3杂化，然后，每个A原子与四周4个B原子形成正四面体，每个B原子同样同四周4个A原子形成正四面体,如GaAs。 从正四面体搭接方式看，正四面体搭接时可以有两种形式，称为重合组态和交错组态 闪锌矿结构，沿〈111〉方向， 发现A层平移重复一遍A’然后是B层，B层重复一遍B’然后是C层，C层重复一遍C’又回到了A层，是AA’BB’CC’AA’……的堆积方式 可以将其视为两个立方密堆积ABCABC…A’B’C’A’B’C’…错开 套构而成； * 图中红框内亮色的元素都是构成半导体的元素。中央是元素半导体IV族元素。在他两侧分别是III族和V族元素，它们相互结合可以构成III-V族化合物半导体。再两侧是VI族和IIB族元素。它们相互结合构成II-VI族化合物半导体。值得注意的是III族的元素N，和II族的元素O都没有被放在可以构成半导体材料的元素里。这是为什么呢？这是因为氮和氧的电负性（非金属性），它们形成的化合物离子性很强，因而一般不作为半导体看待。但随着材料技术的发展，氮化物和氧化物材料已经被包容到半导体材料中来，并且是当前半导体研究领域中的热点。 半导体物理学 半导体物理学 课程要求： 1）考察出勤，鼓励上课，不反对自学。 2）按时完成作业，章后习题除个别外全部要求。 3）注重理论和物理图象的掌握，提高应用理论解决实际问题的能力。 4）鼓励大家畅所欲言，提出各种观点并讨论。 5）良好的学风和人品与能力同等重要。 6）平时成绩占20％，期中考试占20%，期末成绩占60％。 半导体物理学 主要参考书： 1）《半导体物理学》 刘恩科编著（国防工业出版社） 2）《半导体物理（上册）》 叶良修编著 3）《半导体物理学》 刘文明编著 （吉林人民出版社） 4）《半导体器件物理》 施敏（S.M.Sze)著第二版 内容简介 半导体的电子状态 半导体中杂质和缺陷能级 半导体中载流子的统计分布 半导体的导电性 非平衡载流子 pn结 金属半导体接触 半导体表面及MIS结构 第一章 半导体中的电子状态 本章重点 半导体单晶材料中的电子状态及其运动规律 领会“结构决定性质” 处理方法 单电子近似——能带论 固体物理基本概念回顾 固体：处于凝聚态下的物体。 晶体：内部排列是有规则地，具有一定周期性。 非晶体：原子的排列是无规则的，过冷溶体，玻璃，塑 料。 单晶体：整块材料中，原子都是规则地，周期性地重复 排列。 多晶体：由大量的微小的