半導(dǎo)體物理學(xué)之半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)

《半導(dǎo)體物理學(xué)》1、什么是半導(dǎo)體？物質(zhì)按導(dǎo)電能力分為：絕緣體：電導(dǎo)率范圍10-15-10-10S/cm

半導(dǎo)體：電導(dǎo)率范圍10-10-105S/cm

導(dǎo)體:電導(dǎo)率范圍105-106S/cm2、半導(dǎo)體物理的研究對象研究半導(dǎo)體的各種物理性質(zhì)及其內(nèi)在規(guī)律的一門學(xué)科。主要研究在外界作用下(摻雜、電場、溫度場、磁場)半導(dǎo)體性質(zhì)的變化及其原因。3、學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)課程：量子力學(xué)、固體物理、熱力學(xué)及統(tǒng)計物理4、半導(dǎo)體課程的特點：基礎(chǔ)性、抽象性、理論性5、為什么要學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理？1、半導(dǎo)體物理學(xué)的學(xué)習(xí)方法：上課、看書、寫作業(yè)(結(jié)合半導(dǎo)體技術(shù))2、半導(dǎo)體物理學(xué)參考書

《半導(dǎo)體物理學(xué)》

《固體物理學(xué)》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(dǎo)體中電子的狀態(tài)1.1半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)1、金剛石結(jié)構(gòu)和共價鍵正四面體結(jié)構(gòu)金剛石型結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)Ⅲ族元素和Ⅴ族元素化合物構(gòu)成半導(dǎo)體材料。他們大部分具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)。閃鋅礦結(jié)構(gòu)：類似金剛石結(jié)構(gòu)兩類不同原子兩套面心立方結(jié)構(gòu)沿對角線平移1/43、纖鋅礦結(jié)構(gòu)晶體幾何學(xué)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(xué)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(dāng)線簇的代表。晶體學(xué)中用晶向指數(shù)表示一直線簇。當(dāng)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(xué)上用(hkl)來表示一簇晶面，稱為面指數(shù)。1.2半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體能帶示意圖3、半導(dǎo)體中電子的運動有效質(zhì)量半導(dǎo)體中E與k的關(guān)系電子有效質(zhì)量電子平均速度電子的加速度有效質(zhì)量的意義有效質(zhì)量概括了晶體中電子的質(zhì)量以及內(nèi)部周期勢場對電子的作用，引入有效質(zhì)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(guān)，與能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖1-14能量、速度和有效質(zhì)量與波矢的關(guān)系1.4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電空穴滿帶電子不導(dǎo)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(zhì)量。在半導(dǎo)體中電子和空穴都有導(dǎo)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(jié)構(gòu)硅和鍺導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)（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(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)銻化銦的能帶結(jié)構(gòu)砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu)Eg=1.519eV混合晶體的能帶結(jié)構(gòu)陰影為間接帶隙區(qū)Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)CdTe帶隙1.49eVHgTe帶隙-0.14eV（半金屬，零帶隙）第二章半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級原子的振動材