半导体物理课件

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1、半导体物理SEMICONDUCTORPHISICS编写：编写：刘刘诺诺副教授副教授制作制作::刘刘诺诺副教授副教授动画：刘诺，陈洪彬，赵翔，韩劲松动画：刘诺，陈洪彬，赵翔，韩劲松Email:liunuo2002@yahoo.com.cnEmail:liunuo2002@yahoo.com.cn电子科技大学电子科技大学微电子与固体电子学院微电子与固体电子学院微电子科学与工程系微电子科学与工程系§1·1半导体的晶体结构和结合性质CrystalStructureandBondsinSemiconductors重点:1、晶体结构:(1)金刚石型：Ge、Si(2)闪锌矿型：GaAs2、

2、化合键:(1)共价键：Ge、Si(2)混合键：GaAsCrystalStructureandBondsinSemiconductors1、金刚石型结构和共价键化学键:构成晶体的结合力.共价键由同种晶体组成的元素半导体,其原子间无负电性差,它们通过共用一对自旋相反而配对的价电子结合在一起。CrystalStructureandBondsinSemiconductors共价键的特点•1、饱和性•2、方向性CrystalStructureandBondsinSemiconductors金刚石型结构{100}面上的投影CrystalStructureandBondsinSemicon

3、ductors•Ge:a=5.43089埃•Si:a=5.65754埃金刚石结构的结晶学原胞CrystalStructureandBondsinSem§1·1半导体的晶体结构和结合性iconductors质2、闪锌矿结构和混合键材料:Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体。例如：GaAs、GaP、SiC、SiGe、InP、InAs、InSb………化学键:共价键+离子键CrystalStructureandBondsinSemiconductors闪锌矿结构的结晶学原胞CrystalStructureandBondsinSemiconductors3、纤维锌矿结构：ZnO、GaN、

4、AlN、ZnS、ZnTe、CdS、CdTe……§1·2半导体中的电子状态和能带ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors重点重点::•电子的共有化运动•导带、价带与禁带ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors1、原子的能级和晶体的能带(1)孤立原子的能级ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors(2)晶体的能带电子共有化运动ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors四个原子的能

5、级的分裂ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductorsElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors•由于外壳层电子的共有化运动加剧,原子的能级分裂亦加显著:•s能级N个子带•p能级3N个子带出现准连续能级N个原子的能级的分裂ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors金刚石型结构价电子的能带:对于由N个原子组成的晶体，共有4N个价电子位于满带（价带）中，其上的空带就是导带，二者之间是不允许电子状态存在的禁区——禁带。空带即导带满带即价带

6、ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors§1·2半导体中的电子状态和能带2、半导体中电子的状态和能带重点：E(k)-k关系ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors波函数：描述微观粒子的状态薛定谔方程：决定粒子变化的方程22hd[−+V(r)]Ψ(r)=EΨ(r)228πmdrElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors（1）自由电子的波函数ik⋅r解薛定谔方程可以得到Ψ(r)=Aek（2）晶体中的电子的波函数其V(x)=V(x

7、+sa)布洛赫定律指出i2πkxΨ(x)=u(x)ekku(x)=u(x+na)kk其中s和n为整数ElectronStatesandRelatingBondsinSemiconductors对自由电子：∗21/ΨΨ/=A,其波矢k=kkλ说明电子在空间是等几率分布的，即自由电子在空间作自由运动。波矢k描述自由电子的运动状态。对半导体-晶体中的电子：∗∗n/ΨkΨk/=/uk(r)uk(r)/,其波矢k=2a说明分布几率是晶格的周期函数，但对每个原胞的相应位置，电子的分布几率一样的。这里的波矢k描述晶体