多媒體教案-電子信息材料-04-半導(dǎo)體材料-2009-spr

1、電子信息材料 -04半導(dǎo)體材料第四章 半導(dǎo)體材料帶隙較小的絕緣體材料，在室溫時(shí)會(huì)有熱激發(fā)到導(dǎo)帶的電子參與導(dǎo)電，同時(shí)價(jià)帶留下的空穴也參與導(dǎo)電?？昭▽?dǎo)電的本質(zhì)依然是電子的運(yùn)動(dòng)。滿(mǎn)帶電子不導(dǎo)電，要想導(dǎo)電就要有非滿(mǎn)帶。滿(mǎn)帶電子不導(dǎo)電，要想導(dǎo)電就要有非滿(mǎn)帶。要么就不是電子機(jī)制的導(dǎo)電。要么就不是電子機(jī)制的導(dǎo)電。目錄 4.1 半導(dǎo)體的物理基礎(chǔ)簡(jiǎn)介 4.2 PN結(jié)的光生伏特效應(yīng) 4.3 化合物半導(dǎo)體材料 4.4 半導(dǎo)體陶瓷（轉(zhuǎn)至傳感器材料章節(jié)） 本章參考書(shū)：固體物理簡(jiǎn)明教程，蔣平，徐至中 編著，復(fù)旦大學(xué)出版社，2000年9月。 絕緣體： 半導(dǎo)體： 導(dǎo)體： 超導(dǎo)體：* 能隙： 費(fèi)米能級(jí)： 空穴： 正(負(fù))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(guó)）貝爾肖克萊、巴丁、布拉頓（美國(guó)）貝爾實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室，1948年年6月正式申請(qǐng)專(zhuān)利。月正式申請(qǐng)專(zhuān)利。4.1 半導(dǎo)體的物理基礎(chǔ)簡(jiǎn)介軌道雜化？處在基態(tài)和激發(fā)態(tài)的半導(dǎo)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(gè)半導(dǎo)體都有：任何一個(gè)半導(dǎo)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(dǎo)體的摻雜類(lèi)氫模型雜質(zhì)能級(jí)半導(dǎo)體的輸運(yùn)特性 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率在外電場(chǎng)E的作用下，流過(guò)半導(dǎo)體的總電流密度j可以寫(xiě)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(jī)制有關(guān)，通常為T(mén)形式。半導(dǎo)體的輸運(yùn)特性 半導(dǎo)體的Hall效應(yīng)在外電場(chǎng)Ex和外磁場(chǎng)Bz的共同作用下，沿x方向運(yùn)動(dòng)的載流子必然受到羅倫茲力而偏向y方向，因?yàn)閥方向沒(méi)有回路所以電荷積累，致使穩(wěn)態(tài)下（洛侖茲力和電場(chǎng)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(yīng) 光電發(fā)射效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)，光伏效應(yīng)光伏效應(yīng) 電磁效應(yīng)半導(dǎo)體材料的幾個(gè)基本效應(yīng)半導(dǎo)體材料的幾個(gè)基本效應(yīng)4.2 PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)機(jī)理：在平衡平衡PN結(jié)結(jié)中，當(dāng)光子入射到PN結(jié)區(qū)時(shí)，如果光子的能量滿(mǎn)足hvEg，就會(huì)有電子空穴對(duì)兒產(chǎn)生。在自建電場(chǎng)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(shì)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(méi)有光照時(shí)更大】。這樣，擴(kuò)散勢(shì)在必行這樣，擴(kuò)散勢(shì)在必行）。結(jié)果電子在N區(qū)積累同時(shí)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(gè)因光照而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為光

5、生伏特效應(yīng)。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(chēng)為光電池。P-N結(jié)P-N結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)太陽(yáng)能電池材料 利用光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)能太陽(yáng)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(yīng)，但是只有能量相當(dāng)于帶隙大小的那部分光才可高效轉(zhuǎn)為電能。當(dāng)帶隙寬度Eg在大約0.9 eV附近時(shí)利用率最高。 目前太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率都在10%以下。 一般有Cu2S、CdTe等。 性能特點(diǎn)：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(dǎo)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(fù)阻效應(yīng)；（硅和鍺沒(méi)有）4.3 化合物半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體砷化鎵砷化鎵GaAs 砷化鎵其他III-V族化合物半導(dǎo)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?jiàn)光發(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(fù)阻效應(yīng)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(cè)器，半導(dǎo)體適合制作霍爾器件。固溶體半導(dǎo)體 由兩種或兩種以上的元素或化合物半導(dǎo)體相互溶合而成的材料。隨著每種元素比例的改變材料的