半导体的物质结构和能带结构.ppt

1、苦瓜职业技术学院后江，1，半导体的物质结构和能带结构，1半导体的原子结合和晶体结构2半导体的电子状态，3半导体的可载流子有效质量4半导体的杂质和缺陷能级5的典型半导体的能带结构6半导体的能带结构6半导体带工程总结，苦瓜职业技术学院后江，2，半导体的物质结构和带结构，1半导体的原子组合位于晶体结构2半导体的电子状态和3半导体的载流子晶体半导体大部分属于立方晶系和六字晶系，都是四字结构。只有少数半导体有不同的结构。1半导体的晶格结构和耦合性质，固体中原子的耦合归结为5茄子方法。半导体的原子结合以共价键为主，化合物半导体包含不同程度的离子键成分。苦瓜职业技术学院何钢，4，1，元素电负性，原子的结合性

2、质，原子以何种方式结合成固体，完全取决于获得或失去电子的能力，即电负性。1，电负性定义的原子是化学键中与其他原子的公共电子偶吸引的能力，是原子的电离能和电子亲和能的总和。电离能是指原子初始电离所需的能量，亲华城能量是指中性原子获得电子释放的能量。苦瓜职业技术学院后江，5，2，元素电负性及其变化规律，价电子数相同的原子，电子壳层数越多，电负性越小。电子外壳层相同的原子，价电子数越多，电负性强度就越高。一些元素电负性，(飞利浦scale考虑价电子屏蔽)，He 3.58，H 2.10，泸州职业技术学院胡江，6，3，确定电负性原子的结合特性，同一元素原子的结合，电负性小点击金属键化合物电负性差异不大的

3、两种茄子元素类型倾向于共价键结合，但前者向电负性倾斜，有一定的离子性，形成混合键。构成混合键的两个元素之间的电负性差异越大，离子性越强。苦瓜职业技术学院后江，7，各种半导体的构成元素大部分位于元素周期表中间，元素构成电负性(化合物半导体的平均电负性)处于中等水平。4，电负性和半导体，苦瓜职业技术学院后钢，8，2，共价键和正四面体结构，1，原子排列近接程序的3个茄子基本要素配位，键长，键角，2，共价键配位元素共价键晶体的配位数符合8N定律。化合物型共价键晶体的配位数等于平均价电子数。III-V、II-VI化合物的平均价电子数是IV族元素共价键晶体的四倍。3，四面体结构(Tetrahedron)原

4、子的四倍位贴近方式；四个关键点的角度都是10928。苦瓜职业技术学院后江，9，3，钻石结构，元素半导体钻石，硅(Si)，锗(Ge)，磷灰石(-Sn)的晶体结构。钻石、苦瓜职业技术学院后钢、10、晶格结构、金刚石结构、闪锌成矿结构、NaCl型结构、石墨结构、纤维锌成矿结构、CsCl型结构、苦瓜职业技术学院后钢、11、4、闪锌矿区结构ABCABC式堆叠、苦瓜职业技术学院后江、13、闪锌矿型晶体结构和混合键、材质：-族和-族二元化合物半导体(如： ZnS、ZnSe、GaAs、GaP、化学键3360共价键离子键)按ABAB顺序堆积纤维锌矿结构(6字)，一般用2H-表示。按照ABCABC顺序堆叠闪族锌结

5、构(立方体)，以3C-或-表示。以不同的顺序堆叠成混合结构。例如，以ABAC为周期，堆积为4H型，6字结构含量为50。以6H型堆积ABCACB为周期，6字结构含量33；周期性堆积ABACBABC为8H型，6字结构含量25；混合结构和六角形结构统称为类型。漳州职业技术学院后江，16，SiC同质异构(polytype)，漳州职业技术学院后江，17，化学元素周期表中的III族元素硼，铝，镓，铟，族元素氮，磷，砷，sphalerite和sphalerite结构；泸州职业技术学院胡江，18，5；半导体其他晶体类型；1；具有四面体结构的其他晶体类型CuFeS2类型；(I-III-VI2和II-) 半导体的

6、物质结构和能带结构，1半导体的原子组合可以概括晶体结构2半导体的电子状态和载流子到3半导体的有效质量4半导体的杂质和缺陷能级5的典型半导体的带结构6半导体的工程。 苦瓜职业技术学院后江，20，2半导体的电子状态和波段，1原子的能级和晶体的波段2半导体的电子状态和3导体半导体绝缘体的波段，苦瓜职业技术学院浩江，21，共同原子的电子结构，1原子的能级和晶体的波段，苦瓜职业技术学院后江，22，原子周围原子的电子，Silicon但是聚在一起的时候外层电子波函数的重叠使所有N个原子间的共价化运动。与此同时，原子间的相互作用也能使每个能级分裂成能量不同，但差异很小的Nm个能级，从而消除化学键，形成能级连续

7、能。根据牙齿规则，由S能级分裂构成的N个能级，由P能级分裂构成的腰带3N个能级。S-电子充电S波段、P-电子充电P波段，如果两个波段都填满了电子，则为绝缘体，如果一个区域未填满，则为金属。，苦瓜职业技术学院后江，24，1原子的能级和晶体带，原子能级乐队，苦瓜职业技术学院后江，25，Solid of N Atoms，Two Atoms，Six Atoms，Electrons must occupy different，原子内电子能级形成和晶体的带，苦瓜职业技术学院后钢，26，理论基础3360，波粒二象性DeBroglie为： l=h/p，mV=P=半导体的价电子能级杂交是万代和空带。绝缘体的价电

8、子能级，万代，三电导体，半导体，绝缘体的波段，苦瓜职业技术学院后江，31，导带，价带；空带，万带，感应带：有空能级，能起到传导作用的带。诱导带的本征很少刺激电子，本征可以视为工科。杂质半导体导带的电子来自施主杂质的电离。价带：已经装满价电子的皮带被称为价带。价格范围的本征很少刺激空穴，本征可以视为万代(电子充电)。杂质半导体价的空穴来自主杂质的电离。苦瓜职业技术学院后江，32，半导体的物质结构和能带结构，1半导体的原子结合和晶体结构2半导体的电子状态，3半导体的可载流子有效质量4半导体的杂质和缺陷能级5典型半导体的能带结构6半导体的能带结构6半导体带工程概要，苦瓜职业技术学院后江，33，3半导

9、体中电荷载体有效质量，半导体在极值附近的E(k)为泰勒展开执行E(k)。将频带底部设置为k=0，将E(k)设置为k=0附近的泰勒展开：将指定半导体的牙齿值设置为0，将K=0附近的牙齿值设置为0，将mn*设置为周期势场电子。第二，导电电子和空穴的有效质量，同样，如果能把正常带到k=0，E(k)在k=0附近泰勒展开3360，正常电子有效质量mn*，波段(价带)顶部，2阶导数0，所以价带顶部附近的电子mn，max，(d2E/dk2)0，价带顶部附近的电子mn*牙齿为负值。在表达式中，苦瓜职业技术学院“虎纲”、“37”、“有效质量意义”分别代表了诱导台下和价带正常的曲率，能量大小动量变化的敏感性电子的

10、加速度是半导体内部势场和外电场作用的综合效应。因此，总结了有效质量半导体内部势场的作用，直接连接外力F和电子的加速度，从而解决了半导体中电子外部力下运动的规律，不包括特定形式的半导体内部势场。有效质量测量可以通过实验测量，很容易解决电子运动的规律。苦瓜职业技术学院后江，38，3，3维K空间的等功能面，K空间和布里研究的概念，K空间根据E(k)的周期变化分为多个区域，每个区域中的E(k)重复K的多值函数。边界为1/2a的区域称为简略布里渊区域。，布里渊地球中心；l:布里渊区域边界和(111)轴的交点；x:布里渊区域边界与(100)轴的交点；布里渊区域边界和(110)轴的交点。苦瓜职业技术学院后江

11、，39，1，柔道台底部不在布里研究中心的一般情况(k 00)，仍然函数在k 0附近的泰勒展开E(k)，以mx*，my*，mz*表示电子沿kx，ky的极值为100方向的一点(k0 x)ml和mt分别是100方向的有效质量组件(垂直有效质量)和垂直于100方向的组件(水平有效质量)。苦瓜职业技术学院何钢，41，2，柔道队鞋底k0，有效质量等向性特殊情况，柔道队底部是布里研究中心，即k0，能量E(0)EC，mx*my*mz*mn*，有效质量等向性，苦瓜职业技术学院胡岗实验结果发现：磁场强度与晶轴方向不同时，可以得到几个共振吸收棒数。旋转协方差是第一次在载流子有效质量、苦瓜职业技术学院后纲、43、电子

12、运动方程式、磁场强度B的作用下受到速度V运动载流子的洛伦兹力：运动轨迹是一螺旋，圆周运动旋转频率考虑到C:各向异性，B沿波矢量kx、ky、kz轴方向余弦分别为苦瓜职业技术学院霍康、44、kz轴，苦瓜职业技术学院后江，45，硅的自旋转共振实验，B沿(111)方向有共振吸收棒，B沿(110)方向有两个共振吸收棒，B沿(100)方向有两个共振吸收棒，等功能面方程为，以(001)方向上的椭球等能量面为例。沿(001)方向选择kz轴，该方向构成了磁场b和kz垂直于kz轴且面法线为ky的平面。B和kz之间的角度为苦瓜职业技术学院后钢，47，硅导杆极值(100)轴，在该对称方向上选择(100)轴及其对称方向(共6个