半导体物理基础.ppt

《半导体物理基础.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章　光电技术及光电器件基础1.3半导体物理基础1有多少同学到图书馆的期刊室阅读过中文光电类期刊？有多少同学知道图书馆的期刊室有多少种外文光电类期刊？2第三节半导体物理基础一、半导体？二、半导体的能带和种类三、半导体的类型四、半导体的特性五、热平衡载流子六、非平衡载流子七、载流子的运动八、半导体的结九、半导体对光的吸收3一、半导体的概念导体：电阻率为10-6~10-3Ω·cm范围内的物质称为导体。例如，铜，银，铝，铁等绝缘体：电阻率大于1012Ω·cm的物质称为绝缘体。例如，塑料，陶瓷，橡皮，石英玻璃等半导体：电阻率介于二者之间的物

2、质称为半导体。例如，硅、锗、硼、硫化镉等对于不同的材料，禁带宽度不同，导带中电子的数目也不同，从而有不同的导电性。例如，绝缘材料SiO2的Eg约为5.2eV，导带中电子极少，所以导电性不好，电阻率大于1012Ω·cm。半导体Si的Eg约为1.1eV，导带中有一定数目的电子，从而有一定的导电性，电阻率为10-3~1012Ω·cm。金属的导带与价带有一定程度的重合，Eg=0，价电子可以在金属中自由运动，所以导电性好。4二、半导体的能带和种类1、原子能级2、晶体能带51、原子能级能级（EnegyLevel）：在孤立原子中，原子核外的电子按照

3、一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。每个壳层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级分布。为简明起见，在表示能量高低的图上，用一条条高低不同的水平线表示电子的能级，此图称为电子能级图。62、晶体能带能带（EnegyBand）：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，以硅为例，每立方厘米的体积内有5×1022个原子，原子之间的最短距离为0.235nm。致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，这种现象称为电子的共有

4、化。从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。78能带的特点禁带（ForbiddenBand）：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。原子壳层中的内层允许带总是被电子先占满，然后再占据能量更高的外面一层的允许带。被电子占满的允许带称为满带，每一个能级上都没有电子的能带称为空带。价带（ValenceBand）：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。导带（ConductionBand）：价带以上能量最低的允许带称为导带。导带的底能

5、级表示为Ec，价带的顶能级表示为Ev，Ec与Ev之间的能量间隔称为禁带Eg。9导带价带满带禁带禁带10绝缘体、半导体、导体绝缘体、半导体、导体的能带图11三、半导体的类型1、预备知识2、本征半导体（Ⅰ型半导体）3、杂质半导体A、N型半导体B、P型半导体C、N型半导体与P型半导体的比较D、掺杂对半导体导电性能的影响121、预备知识单晶与多晶载流子的概念13单晶与多晶现代固体电子与光电子器件大多由半导体材料制备，半导体材料大多为晶体（晶体中原子有序排列，非晶体中原子无序排列。）晶体分为单晶与多晶：单晶——在一块材料中，原子全部作有规则的周

6、期排列。多晶——只在很小范围内原子作有规则的排列，形成小晶粒，而晶粒之间由无规则排列的晶粒界隔开。14晶体构造(a)金刚石结构（Ge、Si晶体） (b)闪锌矿结构（GaAs晶体）15载流子的概念载流子：导体或半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电流）来实现的，这种电流的载体称为载流子。例如，导体中的载流子是自由电子，而半导体中的载流子则是带负电的电子和带正电的空穴。162、本征半导体（Ⅰ型半导体）结构完整、完全纯净的半导体称为本征半导体。例如纯净的硅称为本征硅。本征硅中，自由电子和空穴都是由于共价键破裂而产生的，所以电子浓度n等

7、于空穴浓度p，并称之为本征载流子浓度ni，ni随温度升高而增加，随禁带宽度的增加而减小，室温下硅的ni约为1010/cm3。173、杂质半导体半导体中人为地掺入少量杂质形成杂质半导体，杂质对半导体导电性能影响很大。在技术上通常用控制杂质含量（即掺杂）来控制半导体导电特性。A、N型半导体在四价原子硅（Si）晶体中掺入五价原子，例如磷（P）或砷（As），形成N型半导体。18易释放电子的原子称为施主，施主束缚电子的能量状态称为施主能级ED。ED与Ec间的能量差称为施主电离能。N型半导体由施主材料控制导电性。电导率的高低与掺入施主杂质的浓度成

8、正比。杂质硅的原子图像和能带图B、P型半导体在四价原子硅（Si）晶体中掺入三价原子，例如硼（B），形成P型半导体。容易获取电子的原子称为受主。受主获取电子的能量状态称为受主能级EAEA与Ev间能量差称为受主电离能。P型半