满带.ppt

1 第四章固体中的电子 electronsinsolids 主要内容 固体的能带结构半导体 2 一 电子的共有化 孤立原子 视为在无限深势阱中运动的电子 势能曲线 3 2 双原子分子 势场分布 当e e3时 电子可在两个原子之间运动 共有 当e e2时 通过隧道效应 贯穿势垒而为两个原子所共有 4 由于电子的共有化 电子的能级将要发生分裂 3 晶体中电子的共有化 周期性势场 在周期性势场中运动的电子仍有一定的概率贯穿势垒 电子可以为整个晶体所共有 电子共有化 5 6 一 能带中电子的排布 排布原则 服从泡里不相容原理 费米子 服从能量最小原理 设孤立原子的一个能级enl 它最多能容纳2 2l 1 个电子 这一能级分裂成由n条能级组成的能带后 能带最多能容纳 2 1 个电子 4 2固体的导电机制 7 二 满带 导带和禁带 1 满带filledband 排满电子 2 价带valenceband 未排满电子 3 空带emptyband 未排电子 4 禁带forbiddenband 不能排电子 8 9 三 导体 半导体和绝缘体 导电性能不同 是因为它们的能带结构不同 固体按导电性能的高低可以分为 导体 电阻率 10 8 m 半导体 10 8 m 108 m 绝缘体 108 m 10 1 绝缘体 只有满带和空带 且禁带宽度较大 禁带 2 半导体 只有满带和空带 但禁带宽度较小 11 3 导体 具有半满带或上空能带与满带相连或重叠的能带 半满带 满带 满带 空带 满带 空带 重叠 相连 12 绝缘体与半导体的击穿 当外电场非常强时 它们的共有化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中的 绝缘体 半导体 导体 4 半导体 semiconductors 一 本征半导体 intrinsicsemiconductors 纯净 1 电子导电 2 空穴导电 满带上的一个电子跃迁到空带后 满带中出现一个空位 空穴 14 n型半导体 空带 施主能级 ed 二 p型与n型半导体 电子型半导体 四价掺入五价杂质的电子型半导体 15 空带 ea 受主能级 p型半导体 空穴型半导体 四价掺入五价杂质的电子型半导体 掺杂后多余空穴能级紧靠满带处 ed 10 2ev 16 note 实际应用的都是杂质半导体 三 外场的影响 热激发 温度 跃迁电子数 载流子数 电阻 应用 热敏电阻 thermister 17 光激发 光照 跃迁电子数 载流子数 电阻 光电导现象 应用 光敏电阻 photoresistance 四 p n结 p njunction p型半导体与n型半导体的交界区 在交界区 因载流子扩散而形成电偶层 阻挡层 厚度约1 m 场强 106 108v m 18 p n结的特性 单向导电性 正向偏置 外加电场使阻挡层内的电场减弱 阻挡层变薄 平衡被打破 p区的空穴和n区的电子可不断向对方扩散 现象 电流随电压的增大 按指数规律增长 19 反向偏置 p n 外加电场使阻挡层内的电场增强 阻挡层变厚 p区的空穴和n区的电子更难向对方扩散 现象 电流很弱 且很快饱和 20 伏安特性 p n结的应用 整流 rectification 例1 硫化镉 cds 晶体的禁带宽度为2 42ev 要使这种晶体产生本征光电导 则入射到晶体上的光的波长不能大于多少nm 普朗克常量h 6 63 10 34基本电荷e 1 60 10 19c 解 例2 若硅用锑 5价元素 掺杂 则成为型半导体 请在所附的能带图中定性画出施主能级或受主能级 例3 若锗用硼 三价元素 掺杂 则成为型半导体 请在所附的能带图中定性画出施主能级或受主能级 n p 23 summary 1 固体的能带 能带的由来 2 半导体 两种导电机制 杂质半导体 外场 热 光 对