哈工大半導體物理課件第8章

哈工大半導體物理課件第8章第8章引言第8章半導體物理基礎第8章半導體中的輸運現(xiàn)象第8章半導體器件物理contents目錄01第8章引言0102本章主題概述重點講解半導體的能帶結構、載流子類型和輸運性質等核心內容，為后續(xù)章節(jié)的學習奠定基礎。本章主要介紹半導體物理的基本概念和基礎知識，包括半導體的定義、性質、分類以及其在現(xiàn)代科技領域中的應用。掌握半導體物理的基本概念和基礎知識，理解半導體的能帶結構和載流子類型。了解半導體的應用和發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學生對半導體物理的興趣和熱情。為后續(xù)章節(jié)的學習和實際應用提供理論支持和實踐指導。學習目標和意義半導體物理概述能帶結構載流子類型輸運性質章節(jié)結構預覽01020304介紹半導體的定義、性質、分類和應用。重點講解半導體的能帶結構，包括價帶和導帶的形成機制和特點。介紹半導體中的自由載流子類型，包括自由電子和空穴的特性和行為。探討半導體中的輸運現(xiàn)象和機制，包括電子傳導和空穴傳導等。02第8章半導體物理基礎硅、鍺等元素及化合物，具有導電性介于金屬和絕緣體之間。半導體材料晶體結構能帶結構半導體晶體具有特殊的晶體結構，如面心立方、體心立方等。半導體的能帶結構由滿帶、導帶和空帶組成，其導電性能與能帶結構密切相關。030201半導體基本概念電子在半導體中的運動遵循量子力學規(guī)律，其狀態(tài)可用波函數(shù)描述。量子力學描述不同能級上的電子態(tài)密度不同，決定了電子在半導體中的分布情況。電子態(tài)密度電子在不同能級間躍遷，產生光吸收和發(fā)射現(xiàn)象，與半導體的光學性質有關。光學吸收與發(fā)射半導體中的電子狀態(tài)半導體中存在自由電子和空穴兩種載流子，分別帶負電荷和正電荷。自由電子與空穴受溫度、摻雜等因素影響，載流子濃度發(fā)生變化，影響半導體的導電性能。載流子濃度載流子的遷移率與電場有關，決定了半導體的電導率。電導率半導體中的載流子03第8章半導體中的輸運現(xiàn)象熱傳導基本概念熱傳導是熱量在物質內部由高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞的過程。在半導體中，熱傳導主要通過晶格振動（聲子）進行。熱傳導機制在半導體中，熱傳導機制主要包括晶格振動弛豫過程和電子-聲子互作用過程。晶格振動弛豫過程是晶格振動將熱量傳遞給電子的過程，電子-聲子互作用過程是電子通過與晶格振動相互作用傳遞熱量的過程。熱傳導系數(shù)熱傳導系數(shù)是描述物質導熱能力的物理量，其大小取決于物質的性質和溫度。在半導體中，熱傳導系數(shù)通常隨著溫度的升高而增大。半導體中的熱傳導光生電流基本概念光生電流是指當光照射在半導體材料上時，半導體內部產生電子-空穴對的現(xiàn)象。光生電流的大小和方向取決于入射光的波長、強度和偏振狀態(tài)。光生電流機制光生電流的產生機制主要包括直接光電效應和間接光電效應。直接光電效應是指光子直接將能量傳遞給電子，使其從價帶躍遷至導帶；間接光電效應是指光子首先將能量傳遞給晶格振動（聲子），再通過聲子將能量傳遞給電子。光生電流的測量光生電流的測量通常采用光電導率測量技術，通過測量材料在不同光照條件下的電阻變化來推算光生電流的大小。半導體中的光生電流熱電效應是指由于溫度梯度而產生電勢的現(xiàn)象。在半導體中，熱電效應主要包括塞貝克效應、皮爾茲效應和帕爾帖效應等。熱電效應基本概念熱電效應的產生機制主要基于電子和空穴的濃度梯度。當溫度梯度存在時，電子和空穴的擴散會導致電荷積累，從而產生電勢。熱電效應機制熱電效應在能源轉換、溫度測量和制冷等領域有廣泛應用。例如，利用塞貝克效應可以將熱能轉換為電能，利用帕爾帖效應可以實現(xiàn)電子設備的散熱等。熱電效應的應用半導體中的熱電效應04第8章半導體器件物理半導體二極管是利用半導體材料制成的電子器件，具有單向導電性。總結詞半導體二極管由一個PN結和兩個電極組成，其工作原理是利用PN結的單向導電性，實現(xiàn)電流的整流或檢波。詳細描述半導體二極管具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛應用于電子設備中?？偨Y詞半導體二極管的應用包括整流、檢波、混頻、調制、解調等，是現(xiàn)代電子設備中不可或缺的元件之一。詳細描述半導體二極管詳細描述雙極晶體管的應用包括音頻信號放大、射頻信號放大、數(shù)字邏輯門電路等，是現(xiàn)代電子設備中重要的元件之一?？偨Y詞雙極晶體管是一種利用半導體材料制成的電子器件，具有電流放大作用。詳細描述雙極晶體管由三個區(qū)（集電極、基極、發(fā)射極）和兩個結（集電極-基極結、基極-發(fā)射極結）組成，其工作原理是通過控制基極電流來放大集電極電流?？偨Y詞雙極晶體管具有高放大倍數(shù)、低噪聲等特點，廣泛應用于信號放大、開關控制等領域。雙極晶體管總結詞場效應晶體管是一種利用半導體材料制成的電子器件，通過電場效應控制電流?？偨Y詞場效應晶體管具有低噪聲、低功耗、高輸入阻抗等特點，廣泛應用于模擬電路和數(shù)字電路中。詳細描述場效應晶體管的應用包括放大器、振蕩器、邏輯門電路等，是現(xiàn)代電子設備中重要的元件之一。詳細描述場效應晶體管由源極、漏極、柵極三個電極組成，其工作原理是通過改變柵極電壓來改變溝道內的電場分布，從而控制源極和漏極之間的電流。場效應