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§ 1. 半导体材料概况(1) 依据化学组元个数,分为?元素半导体-Si、Ge ?化合物半导体- ? III-V 族 GaAs , InSb , InP 等族,, 等? II-VI族 CdS, CdTe, ZnO等?(Ga 1- x Al x )As, HgCdTeS等(2) 依据电子参与成键情况?本征半导体所有外层电子都成键;所有结合键上电子都满额?掺杂半导体- N型:Si(As,P) - P 型: Si(B,Al,Ga) P 型: Si(B,Al,Ga) § 本征半导体与本征激发过程纯硅和纯锗属于本征半导体。“本”是有“原本特”意这些半“本征”是具有“原本特征”的意思。这些半导体的禁带Eg比较小,具有足够热能的电子能够越过禁带,从价带被激发到导带。被激发的电子原来占据的价带的能级上则留下被激发的电子原来占据的价带的能级上则留下一个空穴。如果一个电子过来填充这个空穴,那么它原来的能级上又会出现一个空穴。所以空穴可以携带一个正电荷, 空穴的移动所以空穴可以携带个正电荷, 空穴的移动也会产生电流。如果在半导体材料上加上电压导带上的电如果在半导体材料上加上电压, 导带上的电子朝正极移动,价带上的空穴则向负极移动在外加电压作用下,半导体中的电子在导带中移动空穴则在价带中朝相反方向移动移动, 空穴则在价带中朝相反方向移动?本征半导体中,通过控制温度来控制载流的数其电性子的数量及其导电性。?在绝对零度时,所有的电子都处于价带, 零都价带导带中的所有能级都是空的。?当温度升高时, 电子占据导带能级的可能当温度升高时, 电子占据导带能级的可能性也增加,半导体的导电性也随之增加。半导体中的导电性与温度的这种关系刚好?半导体中的导电性与温度的这种关系刚好与金属相反。在金属中导电性是随着温度升高而降低?在金属中, 导电性是随着温度升高而降低的。半导体材料能带特征?价带、导带及能带间隙间接带隙与直接带隙半导体大随度升高幅降低能带间隙: E g = E C ? E V ?大小随温度升高小幅降低?固溶体可以调节半?掺杂半导体有掺杂能级电子有效质量?描述周期势场中电子的运动,依据电子能量与波氏的关系确定 2 ?有效质量定义: 2 2 2 d d * k E m ???能带底部电子有效质量 m*> 0 d k ?能带底部电子有效质量 m *> 0 , 电子有效质量 m e = m * ?能带顶部电子有效质量 m * < 0 空穴有效质量 m h 等于电子有效质量的负值,即 m h =- m * 半导体的电子有效质量与状态密度 1. 电子的有效质量依据其能量随波矢变化曲线的不同,可以具有不同的质量,也不同于电子的静止质量 m 0 2 能态密度 2 . 能态密度???? 2 1 2 3 2 1 e E E m E N ??????导带底部???? 2 2 π 2 C E E E N ?????? 3 ??导带底部???? 2 1 2 2 2 2 π 2 1 E E m E N V h ?????????价带顶部 3. 借助于有效质量可以用经典力学形式描述电子的运动: f = m * a 4. 能带顶部 m *<0 m * < 0 f = m * a = - e E 电子沿电场方向加速—空穴运动—表现为正电荷的行为;实际上是电子以接力方式完成空穴沿着电场方向的位移。人为地看作带正电的空穴的移动—空穴带单位正电荷半导体的载流子体积密度载流子体积密度热平衡载流子的分布?????????? dE E f E N n C E ?????????????????????????? k T E E T m m k m n F C 2 3 2 3 0 e 2 3 2 0 exp π 2 4 1 ??????? 0 ??? E E ????????? kT E E N n F C Ce exp ????? E E N V F 2 3 2 3 0 2 3 2 0 π 2 4 1 T m m k m N e Ce ??????????????????????????? kT N p V F Vh exp 3 2 3 2 3 2 1 m k m ?????? 2 3 0 2 0 π 2 4 1 T m m k m N h Vh ?????????????????? N Ce = 21 ( m e /m 0 ) 3/2 · T 3/2