半导体教学课件电子教案全套课件.pptx

半导体材料;第一篇半导体材料

第二篇材料的光吸收和光发射

第三篇材料的磁性

第四篇超导材料

第五篇铁电材料（讲座）;功能材料之一;§1半导体材料的基本特性;§1.1电阻率;半导体材料的电阻率对下列条件非常敏感

杂质含量

环境温度

光照

电场

磁场

压力;为什么半导体材料有这些特殊的导电性能？半导体材料这些独特的导电和光电特性是由其特殊的电子能带结构决定的。;§1.2能带;自由电子的E和k的关系：连续，抛物线;势阱中的单个电子的分立能级、波函数和几率;单个原子、分子和晶体中的电子允许能级;晶体中的周期势;周期性晶格中电子的E和k的关系：

在格点处不连续，出现禁带;;§1.3满带电子不导电;§1.4直接带隙和间接带隙;从低温到室温，半导体材料的能带结构变化不是很大，从带隙随温度的变化可以反映出来。;§1.5带边有效质量与Fermi面的测定;电子和空穴的有效质量;m*＝;引入电子有效质量后，半导体中电子所受的外力与加速度的关系具有牛顿第二定律的形式，;回旋共振实验的目的是测量电子的有效质量，以便采用理论与实验相结合的方法推出半导体的能带结构。

为能观测出明显的共振吸收峰，就要求样品纯度要高，而且实验一般在低温下进行，交变电磁场的频率在微波甚至在红外光的范围。

实验中常是固定交变电磁场的频率，改变磁感应强度以观测吸收现象。磁感应强度约为零点几Tesla。电磁波要能穿透如半导体中（避免趋肤效应）

等能面的形状与有效质量密切相关，对于球形等能面，有效质量各向同性，即只有一个有效质量；对于椭球等能面，有效质量各向异性，即在不同的波矢方向对应不同的有效质量。;§2本征半导体和杂质半导体;§2本征半导体和杂质半导体;化学成分纯净的半导体，如单晶硅（Si）和（Ge）：九个9的纯度（99.9999999%）;硅或锗的晶体结构;什么是杂质半导体？;;N型半导体能带示意图;;P型半导体能带示意图;;§3.1本征半导体中载流子的统计分布;;k空间中的状态分布;导带底附近E(k)与k的关系为

;当获得了导带底的状态密度后，并根据费米分布函数，

可以得到导带的电子浓???为：;;§3.2带隙与Fermi能;1、如果T=0，或;§3.3杂质半导体中载流子的统计分布;另一方面，导带中的电子浓度ne同样可以表示为;1、如果增加掺杂浓度，EF将向能带边缘靠近。比如随着ND的增加，EF可以从施主能级ED之下移到ED之上;§3半导体中电子和空穴的统计分布;Driftofelectronsinanelectricfield;Electronintheconductionbandmovesfreelyinthecrystalbetweeneachcollision.Theaveragetimebetweentwocollisionsiscalled“relaxationtime”.Therelaxationtimeforelectronsinasemiconductorisontheorderofatenthofapicosecondatroomtemperature,duringwhichtheelectroncantravelontheorderof10nanometers.

Thedirectionoftheelectronmotionafteracollisionis

random.Collisionevents,aretherefore,isotropic.;;1、电导率（?）;对本征半导体而言，载流子由导带电子和价带空穴两者组成;N型半导体的电导率;当在本征半导体中掺入施主杂质（N型），则总的电导率为;载流子的迁移率与散射机理密切;两种散射机理：晶格振动散射和电离杂质散射

对应的迁移率分别为：

;注意：

系数?L和?I均与载流子的有效质量有关，即对电子和空穴，

它们有不同的数值。此外，?I还与电离杂质浓度ND成反比。;N型掺杂半导体的电阻率和Fermi能级随温度的变化;

低温区，Fermi能级略高于施主能级，施主并未全部电离，因此，随着温度的升高，电离的施主增多，使导带电子浓度上升。同时，在低温区晶格振动尚不显著，散射主要由电离杂质决定的，迁移率随温度的上升而增高。尽管电离施主数量的增多也要在一定的程度上抑制迁移率的增加，但总的效果仍是使电阻率随温度的升高而下降。

饱和温区，杂质全部电离，由