半导体的物质结构和能带结构

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1、半导体的物质结构和能带结构1半导体的原子结合与晶体结构2半导体中的电子状态和能带3半导体中载流子的有效质量4半导体中的杂质和缺陷能级5典型半导体的能带结构6半导体能带工程概要1泸州职业技术学院　胡江半导体的物质结构和能带结构1半导体的原子结合与晶体结构2半导体中的电子状态和能带3半导体中载流子的有效质量4半导体中的杂质和缺陷能级5典型半导体的能带结构6半导体能带工程概要2泸州职业技术学院　胡江固态晶体具有多种结晶形态，分属7大晶系14种类型。结晶半导体大多数属于立方(cubic)晶系和六方(Hexagon)晶系，且都是四面体(

2、tetradron)结构。只有少数半导体具有其他结构。1半导体的晶格结构和结合性质固体中原子的结合，归结为5种方式。半导体中原子的结合以共价键为主，化合物半导体包含有程度不等的离子键成分。3泸州职业技术学院　胡江一、元素的电负性与原子的结合性质原子以何种方式结合成固体，完全决定于其得到或失去电子的能力，即电负性（electronegativity）。1、电负性的定义原子吸引其在化学键中与另一原子之公有电子偶的能力，其值为原子的电离能与电子亲和能之和。电离能指原子初次电离所需要的能量，亲和能则指中性原子获得一个电子所释放的能量。

3、4泸州职业技术学院　胡江2、元素的电负性及其变化规律价电子数相同的原子，电子壳层数越多，电负性越小；电子壳层数相同的原子，价电子数越多，电负性越强。一些元素的电负性（Pauling尺度）Li0Be5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0Ne4.44Na0.9Mg2Al5Si8P2.1S2.5Cl3.0Ar3.46Cu9Zn6Ga6Ge8As2.0Se2.4Br2.8Kr3.24Ag9Cd7In7Sn8Sb9Te2.1I2.3Xe3.02Au2.4Hg9Tl8Pb8Bi9Rn3.0(Phillips尺度考虑了价电子的屏蔽)H

4、e3.58H2.10Na0.72Mg0.95Al18Si41P64S87Cl2.1Cu0.79Zn0.91Ga13Ge35As57Se79Br2.01Ag0.57Cd0.83In0.99Sn15Sb31Te47I63Au0.64Hg0.79Tl0.94Pb09Bi245泸州职业技术学院　胡江3、电负性决定原子的结合性质就同种元素原子的结合而言，电负性小按金属键结合，电负性大按分子键结合，电负性中按共价键结合（其中共价键数目较少者还须依靠范德瓦尔斯力实现三维的结合）。就化合物的结合而言，电负性差别较大的两种元素倾向于离子键结合；

5、电负性差别不大的两种元素倾向于共价键结合，但公有电子向电负性较强的一边倾斜，因而具有一定的离子性，形成混合键。构成混合键的两种元素的电负性差别越大，其离子性越强。6泸州职业技术学院　胡江各种半导体的构成元素大多位于元素周期表中居中的位置，其构成元素的电负性(化合物半导体的平均电负性)属中等水平。4、电负性与半导体7泸州职业技术学院　胡江二、共价结合与正四面体结构1、原子排列近程序的3个基本要素配位数、键长和键角2、共价结合的配位数元素型共价键晶体的配位数遵从8－N法则；化合物型共价键晶体的配位数等于其平均价电子数。III-V、

6、II-VI化合物的平均价电子数与IV族元素型共价键晶体一样，都是4配位。3、正四面体结构（Tetrahedron）原子的四配位密排方式；4个键角相等，皆为109º28’。8泸州职业技术学院　胡江三、金刚石（Diamond）结构元素半导体金刚石、硅（Si）、锗（Ge）和灰锡（-Sn）的晶体结构。金刚石9泸州职业技术学院　胡江晶格结构金刚石结构闪锌矿型结构NaCl型结构石墨结构纤锌矿型结构CsCl型结构10泸州职业技术学院　胡江四、闪锌矿和纤锌矿结构双原子层的堆垛原则11泸州职业技术学院　胡江1、闪锌矿(Zincblende)锌

7、的主要矿石形态(硫化物),属立方对称晶型。ABCABC…方式堆垛12泸州职业技术学院　胡江闪锌矿型晶体结构和混合键材料:Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体例:ZnS、ZnSe、GaAs、GaP化学键:共价键+离子键(共价键占优势）极性半导体13泸州职业技术学院　胡江2、纤锌矿结构(wurtzite)闪锌矿加热到1020℃时的变形体，属六方对称晶型。ABAB…方式堆垛14泸州职业技术学院　胡江3、同质异晶型（polytype）双原子层堆垛顺序的变化，产生多种不同的晶体结构。按ABAB顺序堆垛成纤锌矿结构(六方),常用2H-表示；

8、按ABCABC顺序堆垛成闪锌矿结构(立方),用3C-或-表示；按其他顺序堆垛成混合结构，例如：以ABAC为周期堆成4H型，其六方结构含量50％；以ABCACB为周期堆成6H型，其六方结构含量33％；以ABACBABC为周期堆成8H型，其六方结构含量25％；……混合结构和六方