第五章半导体 Semiconductor
第五章 半导体 Semiconductor Semiconductor
50引言 主要内容 半导体载流子的有效质量 杂质半导体 热平衡载流子分布 n半导体的光吸收 半导体界面特性 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 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 半导体界面特性
5.0 引言 半导体载流子的有效质量 杂质半导体 热平衡载流子分布 半导体的光吸收 半导体界面特性 典型半导体材料的能带结构 主要内容 学习提示 以下问题是难点，须认真学习和体会 有效质量的物理意义 杂质对半导体费米能级及导电性的影响 半导体界面特性
5.1典型的半导体能带结构 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
金钢石结构和面心立方晶体的第一布里渊区示意图 5.1 典型的半导体能带结构 典型的半导体能带结构 Si的能带结构
5.1典型的半导体能带结构 理想半导体的能带结构 导带边 导带边 价带边 价带边 (b) 直接带隙半导体(a)和间接带隙半导体(b)能带示意图
直接带隙半导体 (a) 和间接带隙半导体 (b) 能带示意图 （a） （b） 5.1 典型的半导体能带结构 典型的半导体能带结构 理想半导体的能带结构
52电子的有效质量 一维情况 8 dk F=方 dk dk d e dk 1 d a F dt dadt dk dt h2 d%k 11d2E m h'dk 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 为了克服价劳顶电子有效质量负值的难,引入价带顶空穴的概念
dk d dk d vg ω −1 ε = = h 一维情况： F d k d dt dk d k d dkdt d dt dvg ) 1 ( 22 2 2 2 1 2 1 ε ε ε h = h = h = − − dt dk F = h 2 2 2 1 * 1 dk d m ε h = •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 5.2电子的有效质量 电子的有效质量 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
52电子的有效质量 三维情况: OE E OE ak- ak ak akak F OEOE 8E F E n akak. ak ak, ak E)mu*h dk, k OE OE OE ak ak ak ak ak2 de e 8E ak- ak ak akak I OEOE OE n ak ak. ak ak, ak OE OE OE akak. akak. ak
三维情况： μν μ ν ε dk dk d m 2 2 1 * 1 h = 5.2电子的有效质量 电子的有效质量 * 1 m =
53半导体的掺杂 施主掺杂 五价P提供的多余电子状态 Sisi sill si 束缚在P+周围形成弱的束缚态 if 参与价电子公有化,成为非局 域化电子 如何处理这个束缚恋 束缚态能级与能带之问的关系 Si中掺P后的共价网络示意图
Si中掺P后的共价网络示意图 5.3半导体的掺杂 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 u 如何处理这个束缚态 u u 束缚态能级与能带之间的关系 一、施主掺杂
53半导体的掺杂 施主掺杂 束缚态能级的类氢原子处理 氢氢原子的位能函数为() 兀Er E 原 子 能级为 导带 l,2,3 施主 为了表达屏蔽作用,对势函数进行修正: Pe合e-合合能级 AE 满带 束缚态能级: m Ec-Er 8r
2 0 2 4 r e V r D πε ε = − e r e C D E m m E E ε 0 * − = 2 0 n E EH =－ n=1, 2, 3,… 氢原子的位能函数为 2 2 0 ( ) 4 H e V r πε r = − 能级为 5.3半导体的掺杂 一、施主掺杂 束缚态能级的类氢原子处理 氢 原 子 为了表达屏蔽作用，对势函数进行修正： 束缚态能级：
53半导体的掺杂 施主掺杂 E电子从施主 · 不不 E能级跃迂至 导带底部留 下的电离施 王 施主能级和施主电离示意图
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 5.3半导体的掺杂 一、施主掺杂
53半导体的掺杂 受主掺杂 Sill si sill Si 利用类氢原子模型可以得到 E △E,=E,-E h10 Si中掺B后的共价键网络示意图
Si中掺B后的共价键网络示意图 5.3半导体的掺杂 一、受主掺杂 e r h A A V E m m E E E ε 0 * Δ = − = 利用类氢原子模型可以得到