半導體物理學之半導體中的電子狀態(tài)

《半導體物理學》1、什么是半導體？物質按導電能力分為：絕緣體：電導率范圍10-15-10-10S/cm

半導體：電導率范圍10-10-105S/cm

導體:電導率范圍105-106S/cm2、半導體物理的研究對象研究半導體的各種物理性質及其內(nèi)在規(guī)律的一門學科。主要研究在外界作用下(摻雜、電場、溫度場、磁場)半導體性質的變化及其原因。3、學習半導體物理的基礎課程：量子力學、固體物理、熱力學及統(tǒng)計物理4、半導體課程的特點：基礎性、抽象性、理論性5、為什么要學習半導體物理？1、半導體物理學的學習方法：上課、看書、寫作業(yè)(結合半導體技術)2、半導體物理學參考書

《半導體物理學》

《固體物理學》3、成績評定平時成績：點名、作業(yè)、提問考試成績：期末考試成績4、以前的補考率5～10％第一章半導體中電子的狀態(tài)1.1半導體的晶格結構和結合性質1、金剛石結構和共價鍵正四面體結構金剛石型結構金剛石結構晶胞（111）面的密堆積（100）面上的投影Si

晶格常數(shù)為0.54nm(5.4?）每立方厘米5.0×1022

原子間最短距離（0.235nm）Ge

晶格常數(shù)為0.56nm(5.6?）每立方厘米4.42×1022

原子間最短距離（0.245nm）2、閃鋅礦結構和混合結構Ⅲ族元素和Ⅴ族元素化合物構成半導體材料。他們大部分具有閃鋅礦結構。閃鋅礦結構：類似金剛石結構兩類不同原子兩套面心立方結構沿對角線平移1/43、纖鋅礦結構晶體幾何學簡介七大晶系十四種布喇菲點陣七大晶系：1、立方晶系：2、四方晶系：3、正交晶系：4、三方晶系：5、六方晶系：6、單斜晶系：7、三斜晶系：14種布拉菲點陣：立方晶系：四方晶系正交晶系三方晶系六方晶系單斜晶系三斜晶系晶體學指數(shù)：（1）晶向指數(shù)將晶體點陣在任何方向上分解為平行的節(jié)點直線簇。不同方向的直線陣點密度不同，但同一線簇中各條直線陣點分布完全相同，故任何一條直線可以充當線簇的代表。晶體學中用晶向指數(shù)表示一直線簇。當坐標為(x1,y1,z1)(x2,y2,z2)的兩點，則坐標的最小整數(shù)比為晶向指數(shù)。(x1-x2):(y1-y2):(z1-z2)=u:v:w表示方法[uvw]2、晶面指數(shù)將晶體點陣在任意方向上分解為相互平行的節(jié)點平面簇。同一取向的平面，不僅互相平行、間距相等，而且其上節(jié)點的分布相同。不同取向的節(jié)點平面不同。晶體學上用(hkl)來表示一簇晶面，稱為面指數(shù)。1.2半導體中的電子狀態(tài)和能帶1、原子能級和晶體能帶a孤立原子能級b能帶2、半導體中電子的狀態(tài)和能帶Schrodinger方程波函數(shù)的意義：電子出現(xiàn)的概率電子的共有化運動和準自由電子布里淵區(qū)和能帶對于邊長為L的立方晶體，k的取值分別為：第一布里淵區(qū)第二布里淵區(qū)第三布里淵區(qū)導體、半導體、絕緣體的能帶絕緣體、半導體、導體能帶示意圖3、半導體中電子的運動有效質量半導體中E與k的關系電子有效質量電子平均速度電子的加速度有效質量的意義有效質量概括了晶體中電子的質量以及內(nèi)部周期勢場對電子的作用，引入有效質量后，晶體中電子的運動可用類似于自由電子運動(牛頓定律)來描述。它與電子所處的狀態(tài)有關，與能帶結構有關。圖1-14能量、速度和有效質量與波矢的關系1.4本征半導體的導電空穴滿帶電子不導電價帶中缺少一些電子而空出一些k狀態(tài)后，可以認為這些狀態(tài)為空穴所占據(jù)。空穴可以看做具有一個正電荷和正的有效質量。在半導體中電子和空穴都有導電作用。1.5回旋共振k空間的等能面回旋共振1.6硅和鍺的能帶結構硅和鍺導帶結構（1）若B沿[111]晶軸方向，只能觀察到一個吸收峰；（2）若B沿[110]晶軸方向，只能觀察到兩個吸收峰；（3）若B沿[100]晶軸方向，只能觀察到兩個吸收峰；（4）若B沿任意晶軸方向，只能觀察到三個吸收峰；（1）B沿[111]晶軸方向（2）B沿[110]晶軸方向三個吸收峰ml=0.91m0,mt=0.19mo（3）若B沿[100]晶軸方向（4）若B沿任意晶軸方向硅帶隙：1.17eV鍺帶隙：0.74eV1.7Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的能帶結構銻化銦的能帶結構砷化鎵的能帶結構Eg=1.519eV混合晶體的能帶結構陰影為間接帶隙區(qū)Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體的能帶結構CdTe帶隙1.49eVHgTe帶隙-0.14eV（半金屬，零帶隙）第二章半導體中的雜質和缺陷能級原子的振動材