第三半导体中的电子状态演示文稿.pptVIP

将试解带入电子的运动学方程可得： 本文档共94页；当前第62页；编辑于星期二\18点47分 要使方程组有解，相应行列式须为零，即： 本文档共94页；当前第63页；编辑于星期二\18点47分 当交变电磁场频率ω等于回旋频率ωc时，就能观测到共振吸收，从而可计算出的电子的有效质量。 为能观测出明显的共振吸收峰，就要求样品纯度高，低温，交变电磁场的频率在微波或红外光的范围。 本文档共94页；当前第64页；编辑于星期二\18点47分 3-6 硅和锗的能带结构 硅和锗的导带结构 如等能面是球面（mn*各向同性），改变磁场方向时只能观察到一个吸收峰；如沿kx,ky, kz三个方向mn*各不相同，则有三个吸收峰，或者说有几个吸收峰就有几个有效质量。 n型Si和Ge，B 沿[111]晶轴方向，有一个吸收峰；沿[110]晶轴方向，有二个；沿[100]晶轴方向，有二个；沿任意晶轴方向，三个。 本文档共94页；当前第65页；编辑于星期二\18点47分 为解释上述结果，提出的模型认为：硅导带极小值在[100]方向上，其等能面是沿[100]方向的旋转椭球面，长轴与[100]方向重合。根据硅晶立方对称性要求，共有六个旋转椭球面，电子主要分布在这些极值附近。 ● ● ● ● ● ● [010] [010] [100] [100] [001] [001] - - - 本文档共94页；当前第66页；编辑于星期二\18点47分 以 kx，ky，kz 为三个直角坐标轴，建立一个假想空间，该空间称为波矢空间或k空间或动量空间。 根据周期性边界条件，波矢k三个分量为： 在 k 空间中，电子的每个状态可以用一个状态点表示，上述波矢的三个分量既是这个点的坐标。 本文档共94页；当前第30页；编辑于星期二\18点47分 它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。 导体 半导体 绝缘体 导体、半导体和绝缘体的能带 固体按导电性能的高低可以分为 本文档共94页；当前第31页；编辑于星期二\18点47分 绝缘体 导带（空带） 满带 ΔEg3eV 价带 能带的特征：（1）只有满带和空带；（2）满带和空带之间有较宽的禁带，禁带宽度一般大于3eV。 由于满带中的电子不参与导电，一般外加电场又不足以将满带中的电子激发到空带，此类晶体导电性极差，称为绝缘体。 半导体 导电能力介于导体与绝缘体之间的晶体称为不同，它的能带结构也只有满带和空带，与绝缘体的能带相似，差别在于禁带宽度不同，半导体的禁带宽度一般较小，在2eV以下。 导带（空带） 满带 ΔEg2eV 价带 本文档共94页；当前第32页；编辑于星期二\18点47分 导体 导带(非满带) 满带 价带 一价碱金属 导带(空带) 满带 价带 二价碱金属 空带 满带 价带 导带(非满带) 其它金属 一价碱金属，价带为不满带；二价碱金属，价带为满带，但满带与空带紧密相接或部分重叠；其它金属能带，其价带为不满带，且与空带重叠。 当外电场作用于晶体时，价带中的电子可以进入较高能级，从而可以形成电流，这正是导体具有良好导电性能的原因。 本文档共94页；当前第33页；编辑于星期二\18点47分 本征半导体 纯净无杂质的半导体称为本征半导体，如硅、锗等。由于本征半导体的禁带宽度较小，所以当外场作用于晶体时，少量电子可以由价带进入空带，同时在价带中留下一个空位，称为空穴，它相当于一个带正电的粒子。 半导体中的电子和空穴总是成对出现的，称为电子-空穴对。进入空带的电子可以导电，称为电子导电；满带中的空穴也能导电，称为空穴导电。电子和空穴统称为载流子。当满带中出现空穴时，在外电场的作用下，满带中的其它电子将去填充空穴，从而有留下新的空穴。 -e +e 导带 禁带 满带 本文档共94页；当前第34页；编辑于星期二\18点47分 杂质半导体 P型半导体（空穴型）：四价Si, Ge掺三价B, Al, In。 三价原子在晶体中代替四价原子，构成四电子结构时，缺少一个电子，相当于出现了空穴。杂质原子称为受主原子，相应杂质能级称为受主能级。因而 P 型半导体的导带机构是主要依靠满带中的空穴导电。 导带 受主能级 价带 N型半导体（电子型）：四价Si，Ge掺五价P, Sb, Td。 五价原子代替四价原子，多出一个价电子只在杂质离子的电场范围内运动。杂质原子称为施主原子，相应杂质能级称为施主能级。因而 N 型半导体的导带机构是主要依靠施主能级激发到导带中的电子导电。 导带 施主能级 价带 本文档共94页；当前第35页；编辑于星期二\18点47分 满 带 空 带 h? ?Eg=2.42eV 相当于产生了一个带正电的粒子(称为“空穴”)，把电子抵消了。 半导体CdS 本文档共94页；当前第36页；编辑于星期二\18点47分 空带(导带) 满带(价带) 在外电场作用下空穴下