第五章 半导体new.pdf

Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
第第五五章章半半导导体体
ttoorr
1
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..00 引引言言
主要内容
n 半导体载流子的有效质量
n 杂质半导体
n 热平衡载流子分布
n 半导体的光吸收
n 半导体界面特性
n 典型半导体材料的能带结构
学习提示
以下问题是难点,须认真学习和体会
n 有效质量的物理意义
n 杂质对半导体费米能级及导电性的影响
n 半导体界面特性
2
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..11 典典型型的的半半导导体体能能带带结结构构
金钢石结构和面心立方晶体的第一布里渊区示意图 Si的能带结构
3
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..11 典典型型的的半半导导体体能能带带结结构构
理想半导体的能带结构
(a) (b)
直接带隙半导体(a) 和间接带隙半导体(b) 能带示意图
4
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..22电电子子的的有有效效质质量量
一维情况:
dw de dk
v = = h­1 F = h
g dk dk dt
dv d 2e d 2e dk 1 d 2e
g = h­1 = h­1 = ( )F
dt dkdt d 2k dt h2 d 2k
1 1 d 2e
=
m* h2 dk 2
•价带顶附近的有效质量量为负
•导带底附近的有效质量为正
为了克服价带顶电子有效质量负值的困难,引入价带顶空穴的概念
5
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..22电电子子的的有有效效质质量量
三维情况:
1 1 d 2e
= 2
mmn * h dkm dkn
1
=
m*
6
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..33半半导导体体的的掺掺杂杂
一、施主掺杂
五价P提供的多余电子状态
u 束缚在P+ 周围形成弱的束缚态
u 参与价电子公有化,成为非局
域化电子
u 如何处理这个束缚态
u 束缚态能级与能带之间的关系
中掺后的共价网络示意图
7
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..33半半导导体体的的掺掺杂杂
一、施主掺杂
束缚态能级的类氢原子处理
e2
氢原子的位能函数为 V (r) = ­
氢 H 4pe r 2
原 0
能级为 E0
子 EH = - n=1, 2, 3,…
n2
为了表达屏蔽作用,对势函数进行修正:
e2
VD = ­ 2
4pere0r
*
束缚态能级: me E0
EC ­ ED =
me er
8
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..33半半导导体体的的掺掺杂杂
一、施主掺杂
电子从施主
能级跃迁至
导带底部留
下的电离施
主
施主能级和施主电离示意图
9
Please purchase PDFcamp Printer on / to remove this watermark.
55..33半半导导体体的的掺掺杂杂
一、受主掺杂
利用类氢原子模型可以得到
*
mh E0
DEA = EA ­ EV =
me er
中掺后的共价键网络示意图
10