2022-2023学年高二物理竞赛课件：硅和锗的能带结构

硅和锗的能带结构2024/5/172硅和锗的能带结构123456当B沿[110]方向时有两个吸收峰当B沿[100]方向时有两个吸收峰当B沿任意其它方向时有三个吸收峰2024/5/173硅和锗的能带结构硅的能带结构2024/5/174硅和锗的能带结构锗的能带结构2024/5/175硅和锗的能带结构能带结构与温度的关系定性分析Si、Ge的禁带宽度具有负温度系数的原因？2024/5/176硅和锗的能带结构电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之，温度降低，将导致禁带变宽。因此，Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数。2024/5/177硅和锗的能带结构SiGe混合晶体的能带硅、锗构成的混合晶体写为Si1-xGex，x称为混晶比，其禁带宽度Eg随x的变化如图所示x>0.85，能带属于类Ge型x<0.85，能带属于类Si型2024/5/178作业课后题1、2、3、45.什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？6.简述Ge、Si和GaAs的能带主要特征。2024/5/1791.共性导带：多数极小值k=0处，各向同性价带：1）稍偏离中心

2）稍各向异性2024/5/17102.GaAs的能带结构

导带极小值位于布里渊区中心k＝0处，等能面为球面，导带底电子有效质量为0.067mo

在[111]方向布里渊区边界还有一个导带极小值，极值附近的曲线的曲率比较小，此处电子有效质量比较大,约为0.55mo

。它的能量比布里渊区中心极小值的能量高0.29eV。正是由于这个能谷的存在，使砷化镓具有特殊的性能（见第四章）。

价带结构与硅、锗类似。

室温下禁带宽度为1.424ev。2024/5/17113.直接禁带半导体和间接禁带半导体GaAs的导带的极小值点和价带的极大值点为于k空间的同一点，这种半导体称为直接禁带半导体。硅和锗的导带底和价带顶在k空间处于不同的k值，为间接带隙半导体。直接禁带半导体和间接禁带半导体在光吸收、发光、迁移现象和过剩载流子的复合等行为上有明显区别。2024/5/1712必须符合能量守恒和动量守恒间接禁带半导体需要发射声子，所以它的光电转换效率低。2024/5/1713Ⅲ－Ⅴ族化合物的某些能带参数材料ZEg(eV)mn/m0mph/m0mpl/m0

(eV)InSbInAsGaSbInPGaAsAlSbAlAsGaPAlP5041413232322323140.180.350.721.331.421.622.132.262.40.0140.0220.0440.0780.0650.390.110.350.440.410.330.80.450.50.860.0160.0250.0560.0120.0820.110.220.140.90.380.800.110.340.750.290.130.062024/5/1714结晶为闪锌矿结构的II-VI化合物都是直接禁带半导体（能带极值位于k=0）。半金属或零带隙材料2024/5/1715II-VI化合物的某些能带参数材料Eg

(eV)mn/m0mp/m0

(eV)ZnSZnSeZnTeCdTeHgSHgSeHgTe3.82.822.561.50-0.15-0.24-0.300.270.160.150.110.0450.0290.60.350.30.07(0.09)0.43(0.42)0.93(0.86)0.92(0.99)(0.13)(0.48)(0.99)2024/5/1716II-VI化合物、III-V化合物和IV