半導(dǎo)體材料的定義與物理基礎(chǔ)(已修改)
2025-01-09 06:44 本頁面
【正文】 綱 要?半導(dǎo)體材料是什么?半導(dǎo)體材料的物理基礎(chǔ)?什么樣的半導(dǎo)體材料適合作為光伏材料?光生伏特效應(yīng)1?何謂半導(dǎo)體?半導(dǎo)體材料的分類?半導(dǎo)體材料的性質(zhì)2何謂半導(dǎo)體?導(dǎo)體， 電阻率在 ，如各種金屬?半導(dǎo)體，電阻率在 105到 ，如硅，鍺，硫化鋅等等?絕緣體：電阻率在 106到 ，如云母，水泥，玻璃，橡膠，塑料等等3半導(dǎo)體材料的分類? 按大范圍，分為有機半導(dǎo)體，無機半導(dǎo)體，有機 無機半導(dǎo)體復(fù)合材料，以下僅介紹無機半導(dǎo)體分類? 組成元素類別可分為元素半導(dǎo)體，化合物半導(dǎo)體? 從晶體結(jié)構(gòu)，晶體半導(dǎo)體，非晶半導(dǎo)體? 從特性和功能分，微電子材料，光電子材料，光伏材料4半導(dǎo)體材料的性質(zhì)雜質(zhì)敏感性負的電阻率溫度系數(shù)光敏性電場效應(yīng)和磁場效應(yīng)5?材料永遠起著決定一代社會科技水平的關(guān)鍵作用?鍺是最早實現(xiàn)提純和完美晶體生長的半導(dǎo)體材料 ?硅是最典型、用量最廣泛而數(shù)量最多的半導(dǎo)體材料 ?近年來一些化合物半導(dǎo)體材料已被應(yīng)用于各種器件的制作中 ?半導(dǎo)體已經(jīng)發(fā)展成為種類繁多的大科門類材料 6（光伏）材料的物理基礎(chǔ)?載流子的產(chǎn)生 （能帶，載流子）?載流子的分離（ pn結(jié)）7載流子的產(chǎn)生?能帶理論?能級理論?非平衡載流子8能帶理論?能帶的形成?載流子的定義9能帶的形成?波爾理論① 核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運動 ,且不輻射能量② 基態(tài)：能量最低； 能級：軌道的不同能量態(tài)；激發(fā)態(tài)：電子被激發(fā)到高能量軌道上③ 激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，躍遷到低能級，以光的形式釋放能量。電子原子核10基態(tài)激發(fā)態(tài)E1＝－ eVE2＝－ eVE3＝－ eVE4＝－ eV11?晶體是由大量的原子組成，由于原子間距離很小，原來孤立原子的各個能級將發(fā)生不同程度的交疊，結(jié)果導(dǎo)致：?，形成 “共有化 ”電子。?2. 原來孤立的能級便分裂成彼此相距很近的 N個能級，準連續(xù)的，可看作一個能帶12原子能級 能帶允帶禁帶允帶允帶禁帶13硅晶體能帶的形成過程14晶體實際的能帶圖比較復(fù)雜，可以把復(fù)雜的能帶圖進行簡化絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的簡化能帶圖a） 絕緣體 b）半導(dǎo)體 c）導(dǎo)體Eg6eV能帶圖的意義及簡化表示15半導(dǎo)體能帶簡化表示a）能帶簡化表示 b） 能帶最簡化表示一般用 “Ec”表示導(dǎo)帶底的能量，用 Ev表示價帶底的能量， Eg表示禁帶寬度。16載流子?自由電子?自由空穴17共價鍵內(nèi)的電子稱為 束縛電子價帶導(dǎo)帶掙脫原子核束縛的電子稱為 自由電子價帶中留下的空位稱為 空穴禁帶 EG外電場 E自由電子定向移動形成 電子流束縛電子填補空穴的定向移動形成 空穴流兩種載流子 動畫一181. 本征半導(dǎo)體中有兩種載流子 — 自由電子和空穴2. 在外電場的作用下，產(chǎn)生電流 — 電子流和空穴流電子流 自由電子作定向運動形成的與外電場方向相反自由電子始終在導(dǎo)帶內(nèi)運動空穴流 價電子遞補空穴形成的與外電場方向相同始終在價帶內(nèi)運動空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個重要特點。 用空穴移動產(chǎn)生的電流代表束縛電子移動產(chǎn)生的電流電子濃度 ni = 空穴濃度 pi19半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征?導(dǎo)帶上的電子參與導(dǎo)電?價帶上的空穴也參與導(dǎo)電?半導(dǎo)體具有電子和空穴兩種載流子?金屬只有電子一種載流子20能帶理論（小結(jié)）?能帶的形成（能級交疊帶來電子共有化以及能級分裂）?自由電子和空穴21能級理論?雜質(zhì)半導(dǎo)體?雜質(zhì)能級?費米能級22雜質(zhì)半導(dǎo)體?原子并不是靜止在具有嚴格周期性的晶格格點位置上，而是在平衡位置附近振動?半導(dǎo)體材料并不是純凈的，而是含有若干雜質(zhì)?實際的半導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)并不是完整無缺的，而是存在著各種缺陷，點缺陷，線缺陷，面缺陷23雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。摻雜后半導(dǎo)體的導(dǎo)電率大為提高摻入三價元素如 B、 Al、 In等，形成 P型半導(dǎo)體，也稱空穴型半導(dǎo)體摻入五價元素如 P、 Sb等，形成 N型半導(dǎo)體，也稱電子型半導(dǎo)體24雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素如 P。自由電子是多子 空穴是少子雜質(zhì)原子提供 由熱激發(fā)形成由于五價元素很容易貢獻電子，因此將其稱為 施主雜質(zhì)。 施主雜質(zhì)因提供自由電子而帶正電荷成為 正離子25雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素如 B。自由電子是少子空穴是多子雜質(zhì)原子提供 由熱激發(fā)形成因留下的空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為 負離子。 三價雜質(zhì) 因而也稱為 受主雜質(zhì) 。262023/3/1 星期一星期一 27下表總結(jié)了不同類型半導(dǎo)體的特性下表總結(jié)了不同類型半導(dǎo)體的特性P型（正）型（正） N型（負）型（負）摻雜摻雜 ⅢⅢ 族元素（如硼）族元素（如硼） ⅤⅤ 族元素（如磷）族元素（如磷）價鍵價鍵 失去一個電子（空失去一個電子（空穴）穴）多出一個電子多出一個電子多子多子 空穴空穴 電子電子少子少子 電子電子 空穴空
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