半导体物理学new

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1、前言半导体理论和器件发展史1926Bloch理论1931Wilson固体能带理论（里程碑）1948Bardeen,BrattainandShokley发明晶体管（锗二极管，点接触型），启动了现代电子技术的革命。1954第一台晶体管计算机诞生；半导体有效质量理论。浅能级、激子、磁能级等理论方法，回旋共振、磁光吸收、自由载流子吸收、激子吸收等实验研究。1958集成电路问世；平面工艺和光刻技术引入Firchrd公司诺宜斯（格罗夫）等发明了第一块集成电路，创立Intel公司。1959赝势概念提出，得到大部分半导体较精确的能带结构。1962半导体激光器发明。1965“摩尔定律”，集成电路集

2、成度和性能：翻一番/18月。1968MOS器件发明（低功耗技术）：超高密度、高速存储技术。光刻技术：紫外、软X射线、电子束、同步辐射光，线条0.08微米，存储密度达20G/cm2。1970超晶格概念提出：Esaki（江琦），Tsu（朱兆祥）半导体表面（超高真空）1971第一个超晶格AlGaAs/GaAs制备人工设计材料新器件1980量子Hall效应VonKlitzing标准电阻1982分数量子Hall效应崔琦前沿1.低维系统，纳米材料，量子点，量子线，介观系统新器件：量子线激光器（1990）、蓝光激光器（1991II-VI;1995III-V）、子带间远红外线探测器（1987）2

3、.电子运动的波动性Aharonov-Bohm振荡电子波的相干振荡，库仑阻塞效应新器件3.单电子效应————单电子晶体管半导体微腔光子晶体半导体材料分类：1.元素半导体IV族：Si、Ge金刚石结构Purity10N9Impurityconcentration10-12/cm3Dislocationdensities<103/cm3Size≥20inches(50cm)indiameterV族：PVI族：S，Te，Se2.二元化合物III-V族化合物：GaAs系列闪锌矿结构GaAs1.47eVInAs0.36eVGaP2.23eVGaSb0.68eVGaN3.3eVBN4.6eVAl

4、N3.8eVII-VI族化合物更强的电荷转移ZnSe2.67eVCdS2.59eVZnS3.58eVCdTe1.5eVHgTe0.025eV(远红外线探测器)III-VII族化合物CuCl>3eVIV-IV族化合物红外线探测器PbS0.37eVPbTe0.29eV3.氧化物半导体:CuO,CuO2,ZnO,SnO2高温超导体4.有机半导体（CH2）n,聚乙烯咔唑等无扩展态，分子能级输运，易修饰电致发光LCD：响应时间短，无显示角问题，全色，能耗低，工艺简单1990剑桥，电致发光1997车载LED2001LED用于手机5.磁性半导体6.非晶态半导体课程内容（前置课程：量子理学，固体

5、物理，半导体物理）第一章能带理论，半导体中的电子态第二章半导体中的电输运第三章半导体中的光学性质第四章半导体表面第五章超晶格、量子阱第六章非晶态半导体Chaper1能带理论(energybandtheory)1.1晶体中的电子（electronincrystal）晶体中的电子只具有分立的能量值（能量不连续），因此引入能带（energyband）的概念。这一概念对理解半导体的电学和光学性质十分关键1.1.1电子行为的两个实例（twoexamplesofelectronbehavior）不管电子是在真空中（invaccum）原子中（inatom）其行为不同晶体中（incrystal）

6、为了理解半导体晶体中电子的动力学行为，首先去理解电子在一个更简单环境中的行为是非常必要的。因此，我们先学习（1）真空中的电子（自由电子：freeelectron）的经典情形；（2）类似于盒子的势阱（potentialwell）中的电子（particle-in-a-box）行为。1.1.1.1自由电子（Freeelectron）自由电子模型能应用于与环境无相互作用的电子，换句话说（1）电子与晶体中的原子无相互作用，（2）它在一个不变势的介质中行走，这种电子成为自由电子。对于一维的晶体（一种可想象的最简单的结构）和不变势V，可以写出时间无关的薛定谔方程（timeindependent

7、Schrödingerequation）：(1)对于一维情形（只考虑x），且设V=0(势为零)，则时间无关的Schrödingerequation可写成：(2)其中E——电子能量；m——电子质量。该方程的解为：(3)这里或(4)方程（3）代表沿相反方向传播的两列波——电子沿＋X方向运动——电子沿－X方向运动但是变量k是什么意思？（1）K的单位m-1或cm-1（2）属于倒易空间矢量对于一维晶体，可以看作标量电子的动量操作算符（momentumoperator）(5)对在一维样品中考