第章 半导体材料一new.pptVIP

第5章　半导体材料 5.1.3　光电导 在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 5.2　半导体材料的分类 分类：有机半导体和无机半导体。无机半导体分为元素和化合物型。 晶态：多晶、单晶、非晶。 元素半导体材料：Si Ge Se 本征半导体和杂质半导体 化合物半导体材料 化合物半导体材料 III-V族：GaAs、GaP。禁带宽度比硅大，电子迁移率比硅大，可变性大。 II-VI族：CdS、ZnS IV-IV族：SiC 多元化合物半导体：大多数化合物半导体是置换式的，各种组元的原子排列成点阵，从微观上看，不同原子随机地占据晶格的格点；从宏观上看，它们的组元的比例是确定的，而且分布均匀。 三元：(Ga1-xAlx)As和Ga(As1-yPy) 四元：不仅可以随组分的变化而调整材料禁带宽度，同时可调整晶格常数，以与衬底相匹配，生长完整的外延层。　　(GaxIn1-x)(As1-yPy)—(GaIn)As,(GaIn)P,Ga(AsP),In(AsP) 薄膜半导体： 超晶格薄膜：两种不同掺杂的半导体薄膜或不同成分的薄膜交替生长而成的周期性多层结构材料。晶格常数和禁带宽度在很宽的范围内连续可调、载流子的迁移率和寿命较高，能产生隧道效应和独特的光学特性等。 非晶态薄膜：应用在打印机或复印机中的硒鼓等 作业 用能带理论阐述半导体的特性 何谓光电导？有何意义？ 何谓p-n结？有何意义？ 什么是本征半导体？什么是掺杂半导体？ 半导体的种类？ 薄膜半导体相对于单晶半导体有何优势？ 则B 原子浓度～1018 cm? 3 np= 1.5×1010 室温下： 本征激发 杂质激发 导带中电子浓度 nn=1.5×1010cm? 3 满带中空穴浓度 设 Si中B的含量为10－4 + 1018 = 1018 cm? 3 空穴是多数载流子， 电子是少数载流子。 空穴浓度np ～ 受主杂质浓度na 在p型半导体中： Si 原子浓度～1022 cm? 3 3. n型化合物半导体 例如，化合物GaAs中掺Te，六价的Te替代五价的As可形成施主能级，成为n型GaAs杂质半导体。 4. p型化合物半导体 例如，化合物 GaAs中掺Zn，二价的Zn替代三价的Ga可形成受主能级，成为p型GaAs杂质半导体。 三. 杂质的补偿作用 实际的半导体中既有施主杂质（浓度nd），又有受主杂质（浓度na），两种杂质有补偿作用： 若nd ? na——为n型（施主） 若nd ? na——为p型（受主） 利用杂质的补偿作用，可以制成 p-n 结。 §4.4 p -n 结 一. p - n 结的形成 在 n 型半导体基片的一侧掺入较高浓度的 面附近产生了一个内建 阻止电子和空穴进一步扩散。 电子和空穴的扩散， 在p型和n型半导体交界 p型半导体(补偿作用)。 受主杂质， （电）场 该区就成为 n型 p型 内建场大到一定 程度，不再有净电 荷的流动，达到了 新的平衡。 在p型和 n型交界面附近形成的这种特殊结构称为p-n结（阻挡层，耗尽层），其厚度约为0.1?m。 p-n结 p型 n型 U0 电势 电子电势能 p-n结 n p 由于p-n结的存在，电子的能量应考虑进势 这使电子能带出现弯曲： 空带 空带 p-n结 施主能级 受主能级 满带 满带 垒带来的附加势能。 二 . p - n结的单向导电性 1. 正向偏压 p-n结的p型区接电源正极，叫正向偏压。 向p区运动， 阻挡层势垒降低、变窄， 有利于空穴向n区运动， 也有利于电子 和 反向， 这些都形成正向电流（mＡ级）。 p型 n型 I + ? 外加正向电压越大， 形成的正向电流也越大，且呈非线性的伏安特性。 U （伏） 30 20 10 （毫安） 正向 0 0.2 1.0 I 锗管的伏安特性曲线 2. 反向偏压 p-n结的p型区接电源负极，叫反向偏压。 也不利于电 阻挡层势垒升高、变宽， 不利于空穴向n区运动， 和 同向， 会形成很弱的反向电流， 称漏电流（?Ａ级）。 I 无正向电流 p型 n型 + ? 子向p区运动。 但是由于少数载流子的存在， 当外电场很强，反向电压超过某一数值后， 反向电流会急剧增大 — 反向击穿。 V (伏) I -10 -20 -30 （微安） 反向 -20 -30 用p ? n结的单向导电性， 击穿电压 用p ? n结的光生伏特效应，可制成光电池。 p - n结的应用： 做整流、开关用。 加反向偏压时，p ? n结的伏安特性曲线如左图。 可制成晶体二极管（diode）， △§4.5 半导体器件（自