固体的能带结构ppt课件.ppt

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1、固体的能带结构第4章目录§4.1固体的能带§3.2导体和绝缘体§4.3半导体的导电机构§4.4pn结△§4.5半导体器件§4.6半导体激光器（补充）固体物理既是一门综合性的理论学科又和固体物理是信息技术的物理基础1928-29建立能带理论并由实验证实1947发明晶体管1962制成集成电路实际应用紧密结合（材料、激光、半导体…）19828028613.4万80486120万1993pentium320万1995pentiumMMX550万1997pentium2750万集成度每10年增加1000倍！1971intel4004微处理器芯片2300晶体管集成度的每一步提高，都和表面物理

2、及光刻没有晶体管和超大规模集成电路，就没有计现在在一个面积比邮票还小的芯片上可以集其上可以集成109个元件，度只有0.12微米。成一个系统，的研究分不开。算机的普遍应用和今天的信息处理技术。沟道长先看两个原子的情况.Mg.Mg根据泡利不相容原理，原来的能级已填满不能再填充电子1s2s2p3s3p1s2s2p3s3p§4.1固体的能带—分裂为两条各原子间的相互作用原来孤立原子的能级发生分裂若有N个原子组成一体，对于原来孤立原子的一个能级，就分裂成N条靠得很近的能级，能带的宽度记作EE～eV的量级若N~1023，则能带中两相邻能级的间距称为能带（energyband）。约为10-

3、23eV。能级能带N条能隙，禁带E一般规律：1.越是外层电子，能带越宽，E越大；2.点阵间距越小，能带越宽，E越大；3.两个能带有可能重叠。离子间距a2P2S1SE0能带重叠示意图一.电子在周期势场中的运动电子共有化孤立原子中电子的势阱电子能级+势垒固体（这里指晶体）具有由大量分子、电子受到周期性势场的作用：a原子或离子的规则排列而成的点阵结构。解定态薛定谔方程，可以得出两点1.电子的能量是量子化的；2.电子的运动有隧道效应。原子的外层电子（在高能级）势垒穿透原子的内层电子与原子核结合较紧，一般概率较大，电子可以在整个固体中运动，称为共有化电子。重要结论：不是共有化电子。二.

4、能带中电子的排布固体中的一个电子只能处在某个能带中1.排布原则：（1）服从泡里不相容原理（费米子）（2）服从能量最小原理对孤立原子的一个能级Enl，它最多能这一能级分裂成由N个能级组成的能带，的某一能级上。容纳2(2l+1)个电子。一个能带最多能容纳2(2l+1)N个电子。2p、3p能带，最多容纳6Ｎ个电子。例如，1s、2s能带，最多容纳2Ｎ个电子。每个能带最多容纳2Ｎ个电子每个能带最多容纳6Ｎ个电子单个Mg原子1s2s2p3s3p晶体Mg（N个原子）电子排布应从最低的能级排起。满带：填满电子的能带。空带：没有电子占据的能带。不满带：未填满电子的能带。禁带：不能填充电子的能区。价带

5、：和价电子能级相应的能带，对半导体，价带通常是满带。即最高的充有电子的能带。2.几个概念满带E不满带禁带禁带价带空带不满带或满带以上最低的空带，称为导带。3.能带中电子的导电性满带不导电：…电子交换能态并不改变能量状态，所以满带不导电。电子在电场作用下作定向运动，得到附加能量，电子能量发生变化。导带导电：导带中电子才能改变能量。导电性：Ep价带(满带)空带(导带)不满带(导带)EEp导带导电：§4.2导体和绝缘体它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。固体按导电性能的高低可以分为导体半导体绝缘体一.导体的能带结构空带导带E某些一价金属，如:Li…满带空带E某些二价金属，如:B

6、e,Ca,Mg,Zn,Ba…导带空带E如:Na,K,Cu,Al,Ag…导体在外电场的作用下，大量共有化电子从能级图上来看，是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级上去。E很易获得能量，集体定向流动形成电流。二.绝缘体的能带结构E空带空带满带禁带ΔEg=3～6eV从能级图来看，是因为满带绝缘体在外电场的作用下，当外电场足够强时，共有化电子还是能越过共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。的能量，所以形不成电流。（Eg：3～6eV），与空带间有一个较宽的禁带禁带跃迁到上面的空带中，使绝缘体被击穿。共有化电子很难接受外电场§4.3半导体的导电机构一.本征半导体（sem

7、iconductor）本征半导体是指纯净的半导体。本征半导体的导电性能在导体与绝缘体之间。1.本征半导体的能带结构Eg=0.12eVE空带（导带）满带禁带本征半导体所以加热、光照、加电场都能把电子从满带激到发空带中去，同时在满带中形成“空穴”（hole）。半导体的禁带宽度ΔEg很窄（0.1～2eV），例如半导体CdS：满带空带hEg=2.42eV满带上的一个电子跃迁到空带后，满带中出现一个带正电的空位，称为“空穴”。电子和空穴总是成对出现的。电子和空穴叫本征载