半导体物理 第一章答辩ppt课件.ppt

《半导体物理 第一章答辩ppt课件.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、第一章半导体中的电子状态半导体的晶体结构半导体中的电子状态和能带半导体中电子运动半导体中的导电机制回旋共振硅锗能带1半导体的晶体结构金刚石结构第IV族元素半导体材料硅、锗原子最外层都具有四个价电子。大量的硅、锗原予组合成晶体靠的是共价键结合，它们的晶格结构和金刚石一样都属于金刚石型结构。这种结构的特点是：每个原子周围都有四个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。金刚石型结构的结晶学原胞是立方对称的晶胞。这种晶胞是两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线互相位移了四分之一的空间对角线套构而成。原胞含2个原子。硅和锗的晶格常数分别为0.

2、543089和0.565754nm，从而求得硅每立方厘米体积内有5.00×1022个原子，锗有4.42×1022个原子，两原于间最短距离硅0.235nm，锗为0.245nm，因而它们的共价半径分别为0.117和0.122nm。闪锌矿型结构由化学元素周期表中的III-V族化合物族元素由Al，Ga和In和N,P等合成的，都是半导体材料，它们绝大多数具有闪锌矿型结构。与金刚石型结构类似，所区别的由不同原子构成，两种原子各自组成的面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。与IV族元素半导体的情况类似，这类共价性

3、的化合物半导体中，共价键也是以sp3杂化轨道为基础的。与IV族元素半导体相比有一个重要区别，这就是在共价性化合晶体中，结合的性质具有不同程度的离子性，常称这类半导体为极性半导体。纤锌矿结构纤锌矿型结构和闪锌矿型结构相接近，它也是以正四面体结构为基础构成的，但是它具有六方对称性。它是由两类原子各组成六方排列的双原子层堆积而成，但它只有两种类型的六方原子层，它的(001)面规则地按ABAB…顺序堆积，从而构成纤锌矿型结构。氮化物和硫化物半导体材料等。2固体中电子状态和能带能带的概念单原子中的电子：电子在原子核的势场和其它电子的作用

4、下，它们处于不同的能级，即所谓电子壳层。同一能级中的电因角动量不同，处于不同支壳层的电子分别用s、p、d等对应于确定的能量。出现几率：相互靠近的双原子：电子云产生交叠，能级分裂电子由一个原子转移到相邻的原子去,因而,电子将可以在整个晶体中运动。原子相互接近形成晶体时，原子组成晶体产生壳层交叠．电子可以在整个晶体中运动－共有化运动。因为原子相似壳层上的电子才有相同的能量，电子只能在相同壳层中转移。从能量角度来看，每个原子上的电子除受到本身原子的势场作用外，还要受到周围原子势场的作用，N个原子组成的晶体结果是一度简并的能级都分裂成

5、N个彼此相距很近的能级，这N个能级组成一个能带。分裂的每一个能带都称为允带，允带之间因没有能级称为禁带自由电子运动动量：能量：德波（DeBroglie）:ν是波频，，k是波矢一维情况下，沿x方向运动的电子：根据Sch.Eq.波函数的振幅及其物理意义：A2单电子的原子中电子运动在球坐标系中，电子受到势场Sch.eq：分离变量：电子的能量波函数描述原子中的电子运动状态有四个量子数：n:1，2，3，….，主量子数，代表原子的壳层l：n-1,n-2,…1,0,角量子数，代表支壳层m:±l,±(l-1),±1,0,磁量子数另外还有自旋量

6、子数s=±1主量子n轨道量子l磁量子m总轨道量子数自旋s容纳电子数1001s1+1-122010-1,0,12s2p4830120-1,0,1-2,-1,0,1,23s3p3d918n0,1,2,…n-1n22n2主量子n轨道量子l磁量子m总轨道量子数自旋s容纳电子数1001s1+1-122010-1,0,12s2p4830120-1,0,1-2,-1,0,1,23s3p3d918n0,1,2,…n-1n22n2主量子n轨道量子l磁量子m总轨道量子数自旋s容纳电子数1001s1+1-122010-1,0,12s2p483012

7、0-1,0,1-2,-1,0,1,23s3p3d918n0,1,2,…n-1n22n2主量子n轨道量子l磁量子m总轨道量子数自旋s容纳电子数1001s1+1-122010-1,0,12s2p4830120-1,0,1-2,-1,0,1,23s3p3d918n0,1,2,…n-1n22n2主量子n轨道量子l磁量子m总轨道量子数自旋s容纳电子数001s1±l22002s181-1,0,12p33003s1181-1,0,13p32-2,-1,0,1,23d5nn-1,…,1,0±l,n22n2晶体中的电子运动单电子近似：晶体中的电

8、子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，而且它的周期与晶格周期相同。一维晶格中任一处x的势场：Sch.Eq.波函数的形式（布洛赫波）：周期性边界条件得出波矢只能取分立的数值，描述晶体中电子共有化运动的量子状态每一能带