【正文】 件。根據(jù)固體理論，當半導體材料導帶底和價帶頂部位于 k空間原點 (?點 )，而且等能面為球面時，可推出：導帶底附近價帶頂附近其中 me*和 mh*分別為導帶底附近電子和價帶頂附近空穴的有效質(zhì)量。直接帶隙半導體材料和間接帶隙半導體材料在光吸收、發(fā)光、輸運現(xiàn)象和過剩載流子復合等行為上有明顯的區(qū)別。帶隙寬度 Eg : Eg=EcEv本征半導體的能帶結(jié)構(gòu)分兩類：直接帶隙和間接帶隙。非晶態(tài)半導體?非晶態(tài)物質(zhì)的特征是原子排列沒有規(guī)律．從長程看雜亂無章，有時也叫無定形物質(zhì)；?在非晶態(tài)材料中有一些在常態(tài)下是絕緣體或高阻體，但是在達到一定值的外界條件 (如電場、光、溫度等 )時，就呈現(xiàn)出半導體電性能，稱之為非晶態(tài)半導體材料，也叫玻璃態(tài)半導體；?非晶態(tài)半導體材料在開關(guān)元件、記憶元件、固體顯示、熱敏電阻和太陽能電池等的應用方面有著重要應用和良好前景。它的一個重要特性是禁帶寬度 (Eg)隨固溶度的成分變化，因此可以利用固溶體得到有多種性質(zhì)的半導體材料。三元化合物半導體?以 A1GaAs相 GaAsP為代表的二元化合物半導體材料，已為人們廣泛研究，可制作發(fā)光器件；?AgSbTe2是良好的溫差電材料；?CdCr2Se、 MgCr2S4是磁性半導體材料；?SrTiO3是超導電性半導體材料，在氧欠缺的條件下，它表現(xiàn)出超導電性。第一章 半導體材料 (一 )信息功能材料第一章 半導體材料?半導體的基本特性、結(jié)構(gòu)與類型?半導體的導電機構(gòu)?半導體材料中的雜質(zhì)和缺陷?典型半導體材料的應用和器件內(nèi)容：重點：?半導體的電子結(jié)構(gòu)和能帶?典型半導體的應用引 言導體半導體絕緣體導電性劃分結(jié)晶半導體元素半導體非結(jié)晶半導體半導體有機半導體無機半導體化合物半導體一些常見的半導體材料與器件：半導體材料的分類分類 主要半導體材料 無機半導體晶體材料化合物半導體及固溶體半導體IIIV族 Ge、 Si、 Se、 Te、灰 SnII－ VI族 GaAs、 InSb 、 GaP 、 InP 、 AlP等及其固溶體IVIV族 SiC 、 GeSiIVVI族PbS PbSe PbTe SnTePb1xSrxTe (x=0~)Pb1ySrySe (y=0~)VVI族 Bi2Te3金屬氧化物 Cu2O ZnO Al2O3過渡金屬氧化物 SeO TiO3 V2O5 Cr2O3 Mn2O3 Fe2O3 FeO CoO NiO尖晶石型化合物 (磁性半導體)CdCr2S4 CdCr2Se4 HgCr2S4 HgCr2Se4 CuCr2S3C稀土氧、硫、硒、碲化合物 EuO EEuS EuSe EuTe非晶態(tài)半導體元素 Ge Si Te Se化合物 GeTe As2Te3 Se4Te Se2As3 As2SeTe As2Se2Te有機半導體芳香族化合物 多環(huán)芳香族化合物電荷移動絡合物元素半導體 具備實用價值的元素半導體材料只有硅、鍺和硒。固溶體半導體167。167。 半導體材料的基本特性能帶：用來表示電子各種行為。一、半導體的電子結(jié)構(gòu)直接帶隙：價帶頂和導帶底直接對應，位于 k空間同一點。發(fā)生光吸收或復合發(fā)光時，過程必須滿足準動量守恒：其中 ki為初始狀態(tài)電子波矢， kf為末尾狀態(tài)電子波矢， kq為光子波矢。例：半導體材料 Ge、Si和 GaAs導帶結(jié)構(gòu)第一：GaAs的導帶底附近等能面形狀為球面，因此 GaAs的許多性質(zhì) (如電阻率、磁阻效應等 )呈各向同性；Ge、 Si的等能面為旋轉(zhuǎn)橢球面。如： Si的導帶底處在 100方向，距原點約 5/6處，因此它有 6個對稱的等價能谷，且每個等能面為旋轉(zhuǎn)橢球面，電子的縱向有效質(zhì)量 ml大于橫向有效質(zhì)量m2，即 ml＞ m2；因而沿橢球主軸方向的縱向遷移率?I小于垂直于主軸方向的橫向遷移率，當從 x軸對 N型硅施加壓力時，導帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化， y軸相 z軸上能谷的電子轉(zhuǎn)移到 x軸上的能谷，使 x軸方向電導率減少，因此硅是制作壓阻器件的一種材料。根據(jù)實驗表明 InP是制作轉(zhuǎn)移器件的更好半導體材料。?電離出來的電子填充在導帶底部，成為導電載流子 。故：本征半導體的熱平衡載流子濃度：相應可以得到費米能級：絕對零度下，費米能級位于禁帶中央，隨溫度升高，費米能級逐漸增加。半導體中的載流子分布該方程沒有解析解，只能給出數(shù)值解。Pn結(jié)的工作就是與非平衡載流子的注入和抽取有關(guān)。二 .半導體中的電學性質(zhì)如果載流子的電荷為 e，濃度為 ρ，則電流密度為：載流子的漂移運動及電導率216。 載流子的濃度受溫度影響 —— 熱激發(fā) ：167。故：本征半導體的熱平衡載流子濃度：相應可以得到費米能級：絕對零度下，費米能級位于禁帶中央，隨溫度升高，費米能級逐漸增加。半導體中的載流子分布該方程沒有解析解，只能給出數(shù)值解。Pn結(jié)的工作就是與非平衡載流子的注入和抽取有關(guān)。二 .半導體中的電學性質(zhì)如果載流子的電荷為 e，濃度為 ρ，則電流密度為：載流子的漂移運動及電導率216。 載流子的濃度受溫度影響 ——熱激發(fā) ：167。半導體的電導率為：(2)載流子的散射二 .半導體中的電學性質(zhì) 宏觀量 ?敢決于兩個因素：載流子濃度和遷移率。(2)載流子的散射二 .半導體中的電學性質(zhì)散射主要有兩種： 晶格散射和電離雜質(zhì)散射 晶格散射： 由于原子晶格振動引起的載流子散射叫晶格散射。晶格振動 對載流子的散射機制 — 聲子散射(2)載流子的散射二 .半導體中的電學性質(zhì)被電離的雜質(zhì)作為正電中心或負電中心，可以改變載流子原有運動速度的方向和大小，被稱為電離雜質(zhì)散射。淺能級的施主或受主雜質(zhì)在室溫幾乎可以全部電離。雜質(zhì)光電導效應指光照射半導體時，當光的能量達到一定值后，禁帶中雜質(zhì)能級上的電子接收光子能量后，躍遷到導帶而參與導電 (或是價帶電子躍遷到受主能級上產(chǎn)生空穴參與導電 )，使電導率增加。二、半導體中的電學性質(zhì)載流子的遷移率 遷移率 ?是與電子、空穴所受的散射作用有關(guān)的一個量；單位電場下載流子漂移的速度稱為載流子的遷移率。二 .半導體中的電學性質(zhì)有效質(zhì)量一定時，影響遷移率的主要因素是弛豫時間左式對于電子載流子和空穴載流子都是適用的載流子的遷移率二、半導體中的電學性質(zhì)載流子的遷移率對于簡單能帶，可將晶格振動散射 ?L與溫度 T的關(guān)系表示為 ?L=aLT3/2 其中 aL為與載流子有效質(zhì)量有關(guān)的系數(shù)。對摻雜濃度低的硅材料，其遷移率隨溫度的升高，大幅度下降，因此影響遷移率的主要因