2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)

硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)2024/5/172硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)123456當(dāng)B沿[110]方向時有兩個吸收峰當(dāng)B沿[100]方向時有兩個吸收峰當(dāng)B沿任意其它方向時有三個吸收峰2024/5/173硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)硅的能帶結(jié)構(gòu)2024/5/174硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)鍺的能帶結(jié)構(gòu)2024/5/175硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)能帶結(jié)構(gòu)與溫度的關(guān)系定性分析Si、Ge的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)的原因？2024/5/176硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)電子的共有化運動導(dǎo)致孤立原子的能級形成能帶，即允帶和禁帶。溫度升高，則電子的共有化運動加劇，導(dǎo)致允帶進(jìn)一步分裂、變寬；允帶變寬，則導(dǎo)致允帶與允帶之間的禁帶相對變窄。反之，溫度降低，將導(dǎo)致禁帶變寬。因此，Ge、Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)。2024/5/177硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)SiGe混合晶體的能帶硅、鍺構(gòu)成的混合晶體寫為Si1-xGex，x稱為混晶比，其禁帶寬度Eg隨x的變化如圖所示x>0.85，能帶屬于類Ge型x<0.85，能帶屬于類Si型2024/5/178作業(yè)課后題1、2、3、45.什么叫本征激發(fā)？溫度越高，本征激發(fā)的載流子越多，為什么？6.簡述Ge、Si和GaAs的能帶主要特征。2024/5/1791.共性導(dǎo)帶：多數(shù)極小值k=0處，各向同性價帶：1）稍偏離中心

2）稍各向異性2024/5/17102.GaAs的能帶結(jié)構(gòu)

導(dǎo)帶極小值位于布里淵區(qū)中心k＝0處，等能面為球面，導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量為0.067mo

在[111]方向布里淵區(qū)邊界還有一個導(dǎo)帶極小值，極值附近的曲線的曲率比較小，此處電子有效質(zhì)量比較大,約為0.55mo

。它的能量比布里淵區(qū)中心極小值的能量高0.29eV。正是由于這個能谷的存在，使砷化鎵具有特殊的性能（見第四章）。

價帶結(jié)構(gòu)與硅、鍺類似。

室溫下禁帶寬度為1.424ev。2024/5/17113.直接禁帶半導(dǎo)體和間接禁帶半導(dǎo)體GaAs的導(dǎo)帶的極小值點和價帶的極大值點為于k空間的同一點，這種半導(dǎo)體稱為直接禁帶半導(dǎo)體。硅和鍺的導(dǎo)帶底和價帶頂在k空間處于不同的k值，為間接帶隙半導(dǎo)體。直接禁帶半導(dǎo)體和間接禁帶半導(dǎo)體在光吸收、發(fā)光、遷移現(xiàn)象和過剩載流子的復(fù)合等行為上有明顯區(qū)別。2024/5/1712必須符合能量守恒和動量守恒間接禁帶半導(dǎo)體需要發(fā)射聲子，所以它的光電轉(zhuǎn)換效率低。2024/5/1713Ⅲ－Ⅴ族化合物的某些能帶參數(shù)材料ZEg(eV)mn/m0mph/m0mpl/m0

(eV)InSbInAsGaSbInPGaAsAlSbAlAsGaPAlP5041413232322323140.180.350.721.331.421.622.132.262.40.0140.0220.0440.0780.0650.390.110.350.440.410.330.80.450.50.860.0160.0250.0560.0120.0820.110.220.140.90.380.800.110.340.750.290.130.062024/5/1714結(jié)晶為閃鋅礦結(jié)構(gòu)的II-VI化合物都是直接禁帶半導(dǎo)體（能帶極值位于k=0）。半金屬或零帶隙材料2024/5/1715II-VI化合物的某些能帶參數(shù)材料Eg

(eV)mn/m0mp/m0

(eV)ZnSZnSeZnTeCdTeHgSHgSeHgTe3.82.822.561.50-0.15-0.24-0.300.270.160.150.110.0450.0290.60.350.30.07(0.09)0.43(0.42)0.93(0.86)0.92(0.99)(0.13)(0.48)(0.99)2024/5/1716II-VI化合物、III-V化合物和IV