多媒體教案-電子信息材料-04-半導體材料-2009-spr

1、電子信息材料 -04半導體材料第四章 半導體材料帶隙較小的絕緣體材料，在室溫時會有熱激發(fā)到導帶的電子參與導電，同時價帶留下的空穴也參與導電?？昭▽щ姷谋举|(zhì)依然是電子的運動。滿帶電子不導電，要想導電就要有非滿帶。滿帶電子不導電，要想導電就要有非滿帶。要么就不是電子機制的導電。要么就不是電子機制的導電。目錄 4.1 半導體的物理基礎簡介 4.2 PN結(jié)的光生伏特效應 4.3 化合物半導體材料 4.4 半導體陶瓷（轉(zhuǎn)至傳感器材料章節(jié)） 本章參考書：固體物理簡明教程，蔣平，徐至中 編著，復旦大學出版社，2000年9月。 絕緣體： 半導體： 導體： 超導體：* 能隙： 費米能級： 空穴： 正(負)電荷：

2、 晶體管： 二極管： insulatorsemi-conductor conductor super-conductor*gapFermi level holepositive (negative) chargetransistordiode 肖克萊、巴丁、布拉頓（美國）貝爾肖克萊、巴丁、布拉頓（美國）貝爾實驗室，實驗室，1948年年6月正式申請專利。月正式申請專利。4.1 半導體的物理基礎簡介軌道雜化？處在基態(tài)和激發(fā)態(tài)的半導體什么是基態(tài)？ 什么是激發(fā)態(tài)？ Photon Energy (eV) 2.761.551.1eV0.41Wavelength (m) 0.450.81.12m3.0 任何

3、一個半導體都有：任何一個半導體都有：光敏光敏熱敏熱敏雜質(zhì)敏感雜質(zhì)敏感本征半導體的摻雜類氫模型雜質(zhì)能級半導體的輸運特性 半導體的電導率在外電場E的作用下，流過半導體的總電流密度j可以寫成：j=-neve + pevh，其中v=E。由載流子數(shù)密度和遷移率共同決定。載流子數(shù)密度隨溫度變化；遷移率也隨溫度變化，與電子或空穴的散射機制有關，通常為T形式。半導體的輸運特性 半導體的Hall效應在外電場Ex和外磁場Bz的共同作用下，沿x方向運動的載流子必然受到羅倫茲力而偏向y方向，因為y方向沒有回路所以電荷積累，致使穩(wěn)態(tài)下（洛侖茲力和電場力平衡）有：evBz=Eye，所以Ey=jxBz/(ne).定義：RH

4、=1/ne為霍爾系數(shù)。 熱電效應 光電發(fā)射效應，光電導效應，光伏效應光伏效應 電磁效應半導體材料的幾個基本效應半導體材料的幾個基本效應4.2 PN結(jié)的光生伏特效應機理：在平衡平衡PN結(jié)結(jié)中，當光子入射到PN結(jié)區(qū)時，如果光子的能量滿足hvEg，就會有電子空穴對兒產(chǎn)生。在自建電場的作用下，N區(qū)的光生空穴被拉向P區(qū)，P區(qū)的光生電子被拉向N區(qū)（光照的存在可以讓此趨勢延續(xù)，也就是能令P區(qū)的空穴濃度更大，N區(qū)的電子濃度也更大【是比沒有光照時更大】。這樣，擴散勢在必行這樣，擴散勢在必行）。結(jié)果電子在N區(qū)積累同時空穴在P區(qū)積累，使PN結(jié)兩邊的電位發(fā)生變化，PN結(jié)兩端出現(xiàn)一個因光照而產(chǎn)生的電動勢，這一現(xiàn)象稱為光

5、生伏特效應。由于改種結(jié)構(gòu)可以像電池那樣為外電路提供能量，因此常稱為光電池。P-N結(jié)P-N結(jié)的內(nèi)建電場太陽能電池材料 利用光生伏特效應將太陽能太陽能轉(zhuǎn)換為電能電能的材料。雖然凡是大于禁帶寬度的光子都可以有光生伏特效應，但是只有能量相當于帶隙大小的那部分光才可高效轉(zhuǎn)為電能。當帶隙寬度Eg在大約0.9 eV附近時利用率最高。 目前太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率都在10%以下。 一般有Cu2S、CdTe等。 性能特點：1解理面為110；2與硅和鍺相比，禁帶寬度大（1.43 eV）；(決定半導體器件最高工作溫度，450攝氏度下可正常工作)3電子遷移率高；4電子有效質(zhì)量低（雜質(zhì)電離能小，低溫下仍可電離，可制成低溫下工作的器件）；5光電轉(zhuǎn)換效率高；6具有負阻效應；（硅和鍺沒有）4.3 化合物半導體化合物半導體砷化鎵砷化鎵GaAs 砷化鎵其他III-V族化合物半導體 磷化鎵高效率多色性發(fā)光材料，光電轉(zhuǎn)換效率高，低電耗下可以獲得高亮度?？捎糜谥谱骺梢姽獍l(fā)光二極管和數(shù)碼管。 磷化銦與砷化鎵很相似，遷移率大于砷化鎵，負阻效應更加明顯，可用于制作微波震蕩器件。 銻化銦和砷化銦 光電探測器，半導體適合制作霍爾器件。固溶體半導體 由兩種或兩種以上的元素或化合物半導體相互溶合而成的材料。隨著每種元素比例的改變材料的