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半导体物理概念.pdfVIP

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第一章 半导体中电子状态 单电子近似:假设每个电子是在周期排列且固定不懂的原子核势场及其它电子的平均运 动市场中运动,该势场是与晶格周期相同的周期性势场,用单电子近似研究晶体中电子状态 的理论称为能带论。 电子共有化运动:原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠,电子不再局限于一个原子上, 可由一个原子转移到相邻原子上去,因而电子可以在整个晶体中运动,这种现象称为共有化 运动。 空穴的特征:通常把价带空着的状态看成是带正电荷的假想粒子,具有正电荷+q 和正有效 质量mp*,空穴一般位于价带顶附近,在该状态的空穴速度就等于该状态的电子的速度。 本征半导体倒带出现多少电子,价带就对应出现多少空穴,价带上空穴也参与导电,空穴导 电实质上是价带中大量电子的导电。 空穴质量比电子大的原因:原子中电子吸收外界能量后,脱离原子,从价带进入导带,成为 近自由粒子在晶体内运动;电子脱离原子后,在原位置形成空穴,空穴依旧受到来自原子势 场的作用;有效质量的意义在于体现了载流子受到内部势场和外电场作用的综合效果,空穴 收到了更多来自于半导体内部势场的影响,故体现为具有更大的有效质量(有效质量是我们 在能量理论下做的一个类别,其直接的结论是有效质量与能带的曲率成反比.而导带的曲率 比价带大, 因此电子有效质量比空穴小.从物理角度上讲,价带电子近似自由,收到的散射和舒 服更小;而空穴依旧受到原子核的束缚.在同样的外力作用下, 电子看起来会比空穴轻.迁移率 正比于载流子运动的平均自由时间,也正比于平均速度, 因此反比于有效质量.更科学的解释 同上, 因为空穴运动时受到的束缚和散射比电子更多, 因此他的迁移率没有电子大) 有效质量的物理意义:当电子在歪理作用下运动时,一方面受到外力f 的作用,另一方 面收到半导体内部原子电子相互作用着,电子的加速度应该是半导体内部势场和外电场综合 作用的结果。有效质量概括了半导体内部势场的作用,使得在解决半导体中电子在外力作用 下的运动规律时,可以不涉及内部势场的作用。 h 电场强度为 ,晶格常数为 ,则带电量为 的电子从能带底运动到能带顶的时间为: ∗ E a q 锗的导带极小值位于【111】方向的简约布里渊区,共有八个。回旋实验B 沿着【100】 t 方向,能观察到两个吸收峰。 禁带宽度的定义:晶体中的电子是处于所谓能带状态,能带是由许多能级组成的,能带 与能带之间隔离着禁带,电子就分布在能带中的能级上,禁带是不存在公有化运动状态的能 量范围。半导体最高能量的、也是最重要的能带就是价带和导带。导带底与价带顶之间的能 量差即称为禁带宽度,禁带宽度的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量, 也就是产生本征激发所需要的最小能量。 金属 半导体 绝缘体能带:对于导体,它的价带是满带,满带是不会产生电流的 (由 于电子波函数在k空间中是空间反演对称的,在-k处的电子产生的电流和在k处产生电流大 小相等而方向相反),金属的导带是半满带,就会产生电流了.对于绝缘体它的价带是满带, 而导带是空带,由于禁带宽度太大了,以至于价带电子不能够激发到导带上.绝缘体不能导电. 半导体,他在绝对零度时,价带是满带,而导带是空带,不能导电,当外界条件(光照,热激发等) 改变时,半导体的禁带宽度较小,可以把价带顶的电子激发到导带底,于是在导带底有了电子, 价带顶有了空穴,就可以导电了. 第二章:半导体中的杂质和缺陷 半导体中杂质掺杂浓度 施主杂质:杂质电离后能施放电子而产生导带电子形成正电中心,称这种杂质为施主杂 质。 施主杂质电离能:电子脱离杂质原子束缚成为导电电子的过程称为杂质电离,使这个多余价 电子挣脱束缚成为导电电子所需的能量成为施主杂质电离能 (△ED) 受主杂质:杂质电离后能接受电子而产生导电空穴形成负电中心,称这种杂质为受主杂 质。 受主杂质电离能:空穴脱离杂质原子束缚成为导电空穴所需的能量称为施主杂质电离能 △EA 浅能级杂质:浅能级杂质就是指在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子, 往往就是能够提供载流子——电子或空穴的施主、受主杂质;

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