半导体物理基础 ppt课件.ppt

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1、半导体物理基础(ElementarySemiconductorPhysics)Conductor104~105s·cm-1Insulator10-18~10-10s·cm-1Semiconductor10-10~104s·cm-1（1）电导率介于导体与绝缘体之间(Chapter1BasicSemiconductorProperties)第一章半导体的一般特性1导电性（3）与温度、光照、湿度等密切相关（2）两种载流子参于导电（4）与掺杂有关2SemiconductorMaterialsElemental（元素）Compounds（化合物）Alloys（合金）指两种或多

2、种金属混合，形成某种化合物（1）classifiedas（2）CrystalstructureDiamondlattice(金刚石晶格)Si、Ge…..Zincblendelattice(闪锌矿晶格)ZnS、GaAs、InP、CuF、SiC、CuCl、AlP、GaP、ZnSe、、AlAs、CdS、InSb和AgI（3）MillerIndices(236)B：(101)A:(201)或(201)等效晶面<100>（5）theangleθbetween[h1k1l1]and[h2k2l2]:（4）Interplanarspacinga—Latticeconstant（h

3、kl）planes：3EnergyBandTheoryNearlyfreeelectronmodel(1)GeneralConsiderationTight-bindingmodel对称性E（k）=E（-k）周期性（2）Constant-EnergySurface（3）BrillouinZonesFirstBrillouinzonesformaterialscrystallizinginthediamondandzineblendelattices.(4)Ge,Si,andGaAs~EnergyBandCyclotronresonanceexperiments测m*

4、m*能带结构（回旋共振实验）Bvθfv//v┴r电子的初速度为v,在恒定磁场（B）中：若等能面是椭球面，沿kx、ky、kz方向有效质量分别为：设B沿kx、ky、kz轴的方向余弦分别为：那么：其中：以硅为例：（1）B沿[111]方向，观察到一个吸收峰。（2）B沿[110]方向，观察到两个吸收峰。（3）B沿[100]方向，观察到两个吸收峰。（4）B沿任意轴方向，观察到三个吸收峰。硅导带底附近等能面是沿{100}方向的旋转椭球面。硅导带底附近等能面是<100>方向的旋转椭球面。分析：设：θBk1k2k3[001]适当选取坐标，使B位于k1-k2平面内：α=sinθβ=0γ

5、=cosθ则：α=sinθβ=0γ=cosθθBk1k2k3Constant-EnergySurface（等能面）Ge、Si、GaAsE-k关系图（Ge、Si）3.3.2锗：Eg=0.74eV硅:Eg=1.17eV1-Heavyholes2-LightholesHeavyholes？Lightholes？T=0KE-k关系图（GaAs）GaAs:Eg=1.16eV本征半导体:是指一块没有杂质和缺陷的半导体.本征激发:T>0K时,电子从价带激发到导带,同时价带中产生空穴.n0=p0=nin0p0=ni2ni------本征载流子浓度1.IntrinsicSemicon

6、ductor（本征半导体）第二章半导体中杂质和缺陷能级*从si的共价键平面图看:P15:1S22S22P63S23P3这种束缚比共价键的束缚弱得多,只要很少的能量就可以使它挣脱束缚,成为导带中的自由粒子.这个过程称杂质电离.Doped/extrinsicSemiconductor（掺杂/非本征半导体）(1)Donor（施主杂质）n型半导体Ⅳ族元素硅、锗中掺Ⅴ族元素,如P:*从Si的电子能量图看:结论:磷杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。这种杂质称施主杂质。掺施主杂质后，导带中的导电电子增多，增强了半导体的导电能力。主要依靠导带电子导电的

7、半导体称n型半导体。电离能的计算:氢原子（2）Acceptor(受主杂质)p型半导体Ⅳ族元素硅、锗中掺Ⅲ族元素,如硼（B）:*从si的共价键平面图看:B13:1S22S22P63S23P1小结：纯净半导体中掺入受主杂质后，受主杂质电离，使价带中的导电空穴增多，增强了半导体的导电能力。主要依靠价带空穴导电的半导体称p型半导体。*从Si的电子能量图看:（3）杂质的补偿作用半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时，它们之间有相互抵消的作用——杂质补偿作用。*当ND》NA时，n=ND-NA≈ND半导体是n型*当ND《NA时，p=NA-ND≈NA半导体是p型*当ND≈NA时，