半导体物理 1-2章的总结.ppt

第一章 半导体中的电子状态 晶体结构与共价键 1. 能级与能带 ▲共有化运动：由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动 只有外层电子共有化运动最显著 能级分裂 能带形成 2.半导体中电子状态和能带 2. ▲有效质量的意义： 1.硅和锗的能带结构 硅和锗的导带极值的确定位置： 硅的导带极值位于100方向的布里渊区中心到布里渊区边界的0.85倍处。 锗的导带极值极小值位于111方向的边界上，共有八个。极值附近等能面为沿 111方向旋转的八个旋转椭球 习题 P43－习题1； P43－习题2； 2.浅能级杂质电离能的计算 习题（作业） P48－－习题7（1） * 半导体物理 * 晶体的分类 多晶 单晶：整个固体中排列有序 晶胞（结晶学原胞）：为反映对称性选取的最小重复单元的几倍 －－晶胞的边长称为晶格常数 原胞（固体物理学原胞）：最小重复单元 －－每个原胞只有一个格点 晶向指数：晶面的法向指数 密勒指数 ：在晶胞坐标轴上的截距的倒数的互质整数比 物质的波粒二相性 预备知识 习题 1.??面心立方结构的单晶体晶格常数是a=4.75A，求原子的体密度。 2.??已知硅材料的晶格常数a=5.43A,求单位体积原子个数。 3.???确定如图所示晶胞中的晶面的密勒指数。 4.??计算以1×105m/s运动的自由电子的动量和德布罗意波长。 ▲金刚石型结构 ▲闪锌矿型结构 纤锌矿型结构 氯化钠型结构 1.1节 电子在原子核势场和 其他电子作用下分列 在不同能级 相邻原子壳 层形成交叠 原子相互接近 形成晶体 共有化运动 1.2节 满带或价带 导带 晶体中的电子 VS 自由电子 严格周期性重复排列的原子间运动 恒定为零的势场中运动 ▲单电子近似：晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场 以及其他大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期变化的， 并且它的周期与晶格周期相同。 ▲ E(k)与k的关系 简约布里渊区 E和k的关系 能 带 简约布里渊区 E和k的关系 能 带 0 k 0 k 电子能量 E(k)随晶体中周期性变化 势场影响形式复杂 能量 k空间内环绕原点的一个有限区域，一般称为简约布里渊区，允带出现在以下几个区（布里渊区） 第一 ： 第二 ： 第三 ： 整个k空间 标志区域 k只能取有限多个分立值 k可取任意的连续值，自由电子可以在整个空间内运动 波矢K 几率不相同，有周期性 周期函数的周期与晶格周期相同 空间各处几率相同 波函数 共有化运动的电子 自由电子 3. ▲导体、绝缘体和半导体的能带 (a) 绝缘体 (b) 半导体 (c) 导体 1.半导体中E(k)与k的关系 （能带极值附近） 2.半导体中电子的平均速度 （能带极值附近） 3.半导体中电子的加速度 （能带极值附近） ▲ 4.空穴－－－ 正电荷＋q和正有效质量 1.3－1.4节 1.半导体中的电子运动 f a 1、概括了半导体内部势场的作用 2、a是半导体内部势场和外电场作用的综合效果 3、直接将外力与电子加速度联系起来 1.5节 回旋共振——第一次直接测出有效质量 有效质量为 电子的回旋频率为 1.6－1.8节 硅和锗的价带极值的确定位置： 价带顶位于k=0，即在布里渊区的中心 硅、锗沿[111]和[100]方向上的能带结构图 2.砷化镓能带结构 极小值k=0处，等能面为球面 = 0.067m0 价带中心简并 砷化镓的能带结构 重空穴带V1，轻空穴带V2 自旋轨道耦合 (1) 导带 (2) 价带 禁带宽度随T↑而↓ 。Eg(0)：T=0K时禁带宽度 3. ▲禁带宽度 半导体的禁带宽度是随温度变化的。 T=0K时 EgSi=1.170eV， EgGe=0.7437eV 随着温度升高， 补充习题 ▲ 补充习题 ▲ 3.右图为能量曲线E(k)的形状，试回答： （1）在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个带中，哪一个带的电子有效质量数值最小？ Ⅰ Ⅱ Ⅲ -π/a π/a P13图1-10(c) 补充习题 （2）在考虑Ⅰ、Ⅱ两个带充满电子，而第Ⅲ个带全空的情况，如果少量电子进入第Ⅲ个带，在Ⅱ带中产生同样数目的空穴，那么Ⅱ带中的空穴有效质量同Ⅲ带中的电子有效质量相