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光电信息导论
中山大学电子与信息工程学院
王钢
stswangg@mail.sysu.edu.cn
参考书目：
《半导体物理学》刘恩科（第七版）
《半导体器件物理》施敏（第三版）
1.半导体光电子基本理论
1.1晶体结构
1.2晶体能带理论
1.3半导体中的光学过程
1.4半导体的极性与掺杂
1.5半导体PN节
1.2晶体能带理论
晶体的电子轨道：能带理论
为什么有的材料能导电，有的材料不能？
为什么有的材料发蓝光，有的材料发红
光，有的材料发红外光？
为什么光电子器件加电压后能够发光？
电能如何有效的转化为光能？
红外探测器、紫外探测器如何探测光信
号并转换为电信号？
能带理论是光电子材料、
光电子器件的理论基础！
1.2晶体能带理论
晶体的电子轨道：能带理论
重点掌握：从能带的角度理解金属、
半导体、绝缘体的差异和成因。半
导体的能带特点。
不同材料的电阻率
导体：≤10-6ohm*cm
-38
半导体：10~10ohm*cm
922
绝缘体：10~10ohm*cm
金属半导体绝缘体
1.2晶体能带理论
原子轨道：电子通过分立能级，能
量由高到低排布在原子核周围。
原子核-壳模型
氢原子
电子云
玻尔模型：原子的电子轨道
并非连续分布，而是具有不
连续性。电子只能在这些特
定的轨道之间发生跃迁。这
是量子力学的结果。
因此跃迁所发射的光谱是分
立的谱线而非连续谱线。
孤立氢原子：分立能级
1.2晶体能带理论
分子：几个原子通过各自最外层
电子的成键，紧密结合在一起。
《Nature
Materials》：
中国科学家
首次观察到
水分子内部
CO电子云HO电子云结构。
22
分子和固体材料的成键，实际上是相互靠近的不同
原子的最外层电子（有时候也包括次外层）互相作
用的结果。
在量子力学的理论框架下，两个原子合并后电子轨
道发生了重整。分裂成反键态和成键态：
一般一个轨道能容纳两个电子。由于成键态能量低，
因此被两个电子填满，反键态则为空态。成键态相
当于提供了电子对之间相互连接的
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