面向21世纪课程教材：《物理学》课程电子教案（PPT课件讲稿，第五版）半导体

物理学 第五版 半导体 固体的能带 完全分离的两个氢原子能级 p S S S Is 由)B e 物理学应用介绍

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 1 一 固体的能带 − e + e + 1s 2s 2p 完 全 分 离 的 两 个 氢 原 子 能 级 − e + e + 1s 2s 2p A B

物理学 第五版 半导体 两个氢原子靠 六个氢原子靠 得很近时的能级分裂得很近时的能级分裂 E E 多2S 2S S E 固态晶 体的能带 2S O 物理学应用介绍 2

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 2 O E r 两个氢原子靠 得很近时的能级分裂 1s 2s 2p O E r 1s 2s 六个氢原子靠 得很近时的能级分裂 O E r 固态晶 体的能带 2s

物理学 第五版 半导体 每个能级有2(21+1)个做命属钠的各 量子态 3p 每个能级容纳2(2+1)c3s 个电子 6N 每个能带容纳2(21+2s 个电子 S 物理学应用介绍

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 3 每个能级有 个 量子态 2(2l +1) 每个能级容纳 个电子 2(2l +1) 每个能带容纳 个电子 2(2l +1)N 金属钠的各 能带上电子的分布 1s 2s 2p 3s 3p 2N 2N 6N N

物理学 第五版 半导体 实验表明: 一个能带中最高能级与最低能级之间 的间隔一般不超过102eV的数量级,由 于原子数N的数量级为109mm3,所以 个能带中相邻能级间间隔约为 102eV/109=10eV 物理学应用介绍

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 4 实验表明: 一个能带中最高能级与最低能级之间 的间隔一般不超过 的数量级 , 由 于原子数 的数量级为 ,所以一 个能带中相邻能级间间隔约为 10 eV2 N 19 3 10 mm− 10 eV/10 10 eV 2 19 −17 =

物理学 第五版 半导体 晶体的能带 E 空带 导 带 导 E。(慈(带 E。(禁 带 价带 价带 (非满带) (满带 物理学应用介绍

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 5 晶 体 的 能 带 E Eg 禁 带 Eg 禁 带 导 带 价带 （非满带） 空带 价带 （满带） 导 带

物理学 第五版 半导体 导体、半导体和绝缘体的比较 导体半导体绝缘体 电阻率 10-8~10410-~10810~10 (92.m) 温度系数正 负 负 禁带 较小较大 价带非满带满带满带 物理学应用介绍

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 6 导 体 半 导 体 绝 缘 体 电 阻 率 (Ωm) 温度系数 禁 带 价 带 8 4 10 ~ 10 − − 正 非满带 4 8 10 ~ 10 − 负 较 小 满 带 8 20 10 ~ 10 负 较 大 满 带 导体、半导体和绝缘体的比较

物理学 第五版 半导体 本征半导体和杂质半导体 1本征半导体:纯净的无杂质的半导体 电子 锗晶体中的正常键 e导带 G E 禁带 电子被激发,晶体中出现空穴 +e_]满带G e 空穴 物理学应用介绍 7

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 7 二 本征半导体和杂质半导体 1 本征半导体：纯净的无杂质的半导体 Eg 导带 禁带 满带 − e + e 空穴 电子 锗晶体中的正常键 Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge 电子被激发，晶体中出现空穴 + e −e Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge

物理学 第五版 半导体 2杂质半导体 ◆电子型(简称n型)半导体 五价原子砷掺入四价硅中,多余的 价电子环绕A离子运动 施主能级 导带 施主能级 价带 物理学应用介绍 8

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 8 2 杂质半导体 电子型（简称 n 型）半导体 价 带 导 带 施主能级 施 主 能 级 Si + As − e 五价原子砷掺入四价硅中，多余的 价电子环绕 离子运动 + As Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si

物理学 第五版 半导体 ◆空穴型(简称p型)半导体 三价原子硼掺入四价锗晶体中,受主能级 空穴环绕B离子运动 空穴 导带 G G 受主能级 价带 物理学应用介绍 9

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 9 空穴型（简称 p 型）半导体 Ge Ge Ge Ge Ge − B Ge Ge Ge Ge Ge 空穴 三价原子硼掺入四价锗晶体中， 空穴环绕 离子运动 − B 价 带 导 带 受主能级 受 主 能 级

物理学 第五版 半导体 三pn结 pn结的伏安特性曲线 n 物理学应用介绍 10

半 导 体 物理学应用介绍 物理学 第五版 10 三 pn 结 p n U I + − p n U I − + U I pn 结 的 伏 安 特 性 曲 线