【正文】 合物半導(dǎo)體的共同特性 化合物半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)的一般特征 銻化銦的能帶結(jié)構(gòu) 砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu) 磷化鎵和磷化銦的能帶結(jié)構(gòu) 混合晶體的能帶結(jié)構(gòu)◆課程重點(diǎn):砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu):導(dǎo)帶極小值位于布里淵區(qū)中心k=0處,等能面為球面,極值附近的曲線的曲率比較小,所以此處電子有效質(zhì)量比較大,使砷化鎵具有特殊的性能(見第四章).價(jià)帶結(jié)構(gòu)與硅,.◆課程難點(diǎn):無說明:半導(dǎo)體的禁帶寬度隨溫度變化,有兩種計(jì)算方法,即 和均為經(jīng)驗(yàn)公式.◆基本概念:直接帶隙半導(dǎo)體是指導(dǎo)帶極小值與價(jià)帶極大值對(duì)應(yīng)同一波矢。解釋金在鍺中產(chǎn)生多重能級(jí)的原因:金是ⅰ族元素,中性金原子(記為)只有一個(gè)價(jià)電子,中性金原子的這一個(gè)價(jià)電子,可以電離而躍遷入導(dǎo)帶,這一施主能級(jí)為,因此,電離能為().因?yàn)榻鸬倪@個(gè)價(jià)電子被共價(jià)鍵所束縛,電離能很大,略小于鍺的禁帶寬度,所以,另一方面,中性金原子還可以和周圍的四個(gè)鍺原子形成共價(jià)鍵,在形成共價(jià)鍵時(shí),它可以從價(jià)帶接受三個(gè)電子,形成，,相應(yīng)的受主能級(jí)為,其電離能為().接受第二個(gè)電子后,變?yōu)?相應(yīng)的受主能級(jí)為,其電離能為().接受第三個(gè)電子后,變?yōu)?相應(yīng)的受主能級(jí)為,其電離能為().上述的，分別表示成為帶一個(gè),兩個(gè),金從價(jià)帶接受第二個(gè)電子所需要的電離能比接受第一個(gè)電子時(shí)的大,接受第三個(gè)電子時(shí)的電離能又比接受第二個(gè)電子時(shí)的大,所以,.離價(jià)帶頂相對(duì)近一些,但是比ⅲ族雜質(zhì)引入的淺能級(jí)還是深得多,更深,，五種荷電狀態(tài),相應(yīng)地存在著，,四個(gè)孤立能級(jí),也可以用來說明其它一些在硅,鍺中形成深能級(jí)的雜質(zhì),基本上與實(shí)驗(yàn)情況相一致.◆基本概念: 施主雜質(zhì)(n型雜質(zhì)):雜質(zhì)電離后能夠施放電子而產(chǎn)生自由電子并形成正電中心的雜質(zhì)——:雜質(zhì)價(jià)電子掙脫雜質(zhì)原子的束縛成為自由電子所需要的能量——雜質(zhì)電離能,:施主電離后的正離子——正電中心施主能級(jí)::能夠向(晶體)半導(dǎo)體提供空穴并形成負(fù)電中心底雜質(zhì)——受主雜質(zhì) 受主雜質(zhì)電離能:::,是指施主能級(jí)靠近導(dǎo)帶底,摻雜濃度不很高底情況下,(p),銻()在硅,鍺中是淺受主雜質(zhì),三價(jià)元素硼(b),鋁(),鎵(),銦()在硅,:半導(dǎo)體中存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時(shí),它們底共同作用會(huì)使載流子減少,:若施主雜質(zhì)濃度與受主雜質(zhì)濃度相差不大或二者相等,則不能提供電子或空穴,實(shí)際上含雜質(zhì)很多,性能很差,:雜質(zhì)電離能大,施主能級(jí)遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底,:一是不容易電離,對(duì)載流子濃度影響不大。懸掛鍵上的一個(gè)電子也可以被釋放出來而變?yōu)檎娭行?此時(shí)表現(xiàn)為施主,即不飽和的懸掛鍵具有雙性行為,可以起受主作用,導(dǎo)致能帶變形 位錯(cuò)線影響雜質(zhì)分布均勻性位錯(cuò)線若接受電子變成負(fù)電中心,對(duì)載流子有散射作用.(第四章)影響少子壽命,原因:一是能帶變形,禁帶寬度減小,有利于非平衡載流子復(fù)合。167。最后,根據(jù)前式,求得狀態(tài)密度g(e).◆課程難點(diǎn): 空間量子態(tài)的分布是均勻的,量子態(tài)的密度為v(立方晶體的體積).如果計(jì)入自旋,k空間每個(gè)量子態(tài)實(shí)際上代表自旋方向相反的兩個(gè)量子態(tài),所以,在k空間,:,與費(fèi)米分布函數(shù)的定義就統(tǒng)一起來了(費(fèi)米分布函數(shù)是能量為e的一個(gè)量子態(tài)被一個(gè)電子占據(jù)的幾率).狀態(tài)密度表達(dá)式的推導(dǎo)過程作為課堂討論的課程重點(diǎn)內(nèi)容之一.◆基本概念:費(fèi)米分布函數(shù),k空間狀態(tài)密度和能量狀態(tài)密度的概念.◆基本要求:,不是電子的真實(shí)能級(jí),費(fèi)米能級(jí)的數(shù)值與溫度,半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型,雜質(zhì)濃度及零點(diǎn)的選取有關(guān),.167。 本征半導(dǎo)體的載流子濃度 ◆本節(jié)內(nèi)容: 本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí) 本征半導(dǎo)體的載流子濃度 熱平衡條件◆課程重點(diǎn):利于電中性條件(所謂電中性條件,就是電中性的半導(dǎo)體,空穴帶正電,所以對(duì)本征半導(dǎo)體,電中性條件是導(dǎo)帶中的電子濃度應(yīng)等于價(jià)帶中的空穴濃度,即=,由此式可導(dǎo)出費(fèi)米能級(jí).)求解本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí):本征半導(dǎo)體就是沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體,在絕對(duì)零度時(shí),價(jià)帶中的全部量子態(tài)都被電子占據(jù),而導(dǎo)帶中的量子態(tài)全部空著,也就是說,半導(dǎo)體中共價(jià)鍵是飽和的,就有電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶中去,同時(shí)價(jià)帶中產(chǎn)生空穴,導(dǎo)帶中的電子濃度應(yīng)等于價(jià)帶中的空穴濃度,即=.,本征載流子濃度迅速增加。熟悉半導(dǎo)體半導(dǎo)體載流子濃度與溫度和禁帶寬度的關(guān)系。而施主能級(jí)只能或者被一個(gè)任意自旋方向的電子占據(jù),或者不接受電子(空的)這兩種情況中的一種,隨著溫度的升高,載流子則是從以雜質(zhì)電離為主要來源過渡到以本征激發(fā)為主要來源的過程,相應(yīng)地,在低溫弱電離區(qū)時(shí),導(dǎo)帶中的電子是從施主雜質(zhì)電離產(chǎn)生的。當(dāng)溫度再升高時(shí),本征激發(fā)成為載流子的主要來源,載流子濃度急劇上升,作相似的討論,在受主濃度一定時(shí),隨著溫度升高,費(fèi)米能級(jí)從在受主能級(jí)以下逐漸上升到禁帶中線處,費(fèi)米能級(jí)的位置由雜質(zhì)濃度所決定,例如n型半導(dǎo)體,隨著施主濃度的增加,在雜質(zhì)半導(dǎo)體中,費(fèi)米能級(jí)的位置不但反映了半導(dǎo)體導(dǎo)電類型,費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中線以上,越大,費(fèi)米能級(jí)位于中線以下,越大,費(fèi)米能級(jí)位置越低.◆課程難點(diǎn): ,摻雜濃度及雜質(zhì)電離能有關(guān),溫度高,電離能小,實(shí)際上忽略了雜質(zhì)濃度的限制.◆基本概念: 多數(shù)載流子和少數(shù)載流子(多子和少子):半導(dǎo)體中載流子為電子和空穴,n型半導(dǎo)體以電子導(dǎo)電為主,電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度,故稱電子為n型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子,簡(jiǎn)稱多子,空穴為n型半導(dǎo)體的少數(shù)載流子,簡(jiǎn)稱少子。 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 degenerate semiconductor ◆本節(jié)內(nèi)容: 1 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的載流子濃度 價(jià)帶空穴濃度 2 簡(jiǎn)并化條件 簡(jiǎn)并化條件 界簡(jiǎn)并情況下的雜質(zhì)濃度 簡(jiǎn)并化溫度范圍簡(jiǎn)并半導(dǎo)體雜質(zhì)不能充分電離 雜質(zhì)帶導(dǎo)電 ◆課程重點(diǎn): 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的載流子濃度:對(duì)于n型半導(dǎo)體,施主濃度很高,使費(fèi)米能級(jí)接近或進(jìn)入導(dǎo)帶時(shí),導(dǎo)帶底附近底量子態(tài)基本上已被電子占據(jù),導(dǎo)帶中底電子書目很多,的條件不能成立,不能再用玻耳茲曼分布函數(shù),對(duì)于p型半導(dǎo)體,其費(fèi)米能級(jí)接近價(jià)帶頂或進(jìn)入價(jià)帶,:對(duì)n型半導(dǎo)體,半導(dǎo)體發(fā)生簡(jiǎn)并時(shí),摻雜濃度接近或大于導(dǎo)帶底有效狀態(tài)密度。簡(jiǎn)并化半導(dǎo)體的基本應(yīng)用之一是用來制造隧道二極管,pn結(jié)兩側(cè),n型材料的費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入導(dǎo)帶,p型材料的費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入價(jià)帶(可參閱第六章最后一節(jié)).第三章思考題與自測(cè)題: 費(fèi)米分布和玻耳茲曼分布的函數(shù)形式有何區(qū)別 在怎樣的條件下前者可以過渡到后者 為什么半導(dǎo)體中載流子分布可以用玻耳茲曼分布描述 如何理解費(fèi)米能級(jí)是摻雜類型和摻雜程度的標(biāo)志,在時(shí),對(duì)費(fèi)米能級(jí)取什么樣的對(duì)稱形式 ,經(jīng)常應(yīng)用這個(gè)條件把電子從費(fèi)米能級(jí)統(tǒng)計(jì)過渡到玻耳茲曼統(tǒng)計(jì), ,費(fèi)米能級(jí)升高還是降低 若溫度升高當(dāng)本征激發(fā)起作用時(shí),費(fèi)米能級(jí)在什么位置 為什么 ,雜質(zhì)半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)主要由什么因素決定 試把強(qiáng)n,弱n型半導(dǎo)體與強(qiáng)p,就你所知會(huì)出現(xiàn)一些什么效應(yīng)第四章 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性(載流子的輸運(yùn)現(xiàn)象)引言: 本章主要討論載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(載流子的輸運(yùn)現(xiàn)象),載流子在電場(chǎng)中的漂移運(yùn)動(dòng),遷移率,電導(dǎo)率,散射機(jī)構(gòu)及強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng).167。主干學(xué)科：物理學(xué)主要課程：高等數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法、理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)、固體物理學(xué)、結(jié)構(gòu)和物性、計(jì)算物理學(xué)入門等。一、課堂學(xué)習(xí)你認(rèn)為課文中哪些語句最能表達(dá)子猷與子敬的兄弟之情？“弦既不調(diào)”說明了什么，你理解“人琴俱亡”的含義了嗎？王子猷是一個(gè)怎樣的人？你喜歡這個(gè)人物嗎？課文描寫子猷先是“了不悲” “都不哭”，后又寫他“慟絕良久”，他前后的表現(xiàn)是否矛盾？為什么？二、課外拓展：結(jié)合材料探究魏晉風(fēng)度材料一：《傷逝十二》郗嘉賓(郗超)喪,左右白郗公:“郎 喪”既聞不悲,因語左右:“殯時(shí)可道?！@一戰(zhàn)關(guān)系到國(guó)之興亡、家之存絕，謝安不可能真的無動(dòng)于衷，只是越是激動(dòng)的重要時(shí)刻越平靜，才是超脫的風(fēng)度。二、課后學(xué)習(xí)：閱讀下面的文言文，完成題目。便索輿來奔喪，都不哭。（乙）魏武將見匈奴使，自以形陋，不足雄遠(yuǎn)國(guó)，使崔季硅代，帝自捉刀立床頭。王子猷、子敬俱病篤（）（）子敬素好琴（）何以都不聞消息（）（）此乃英雄也（）用現(xiàn)代漢語疏通下列句子的意思，加點(diǎn)字的意思要力求譯準(zhǔn)。譯文：____________________________________________________________（4）因慟絕良久，月余亦卒。第一節(jié)課我們來學(xué)習(xí)牛頓第一定律。教師活動(dòng)：下面你就利用桌子上的器材來研究一下這個(gè)問題。做實(shí)驗(yàn)：桌子上鋪毛巾，小車放在毛巾上，推它就動(dòng)，不推就停。點(diǎn)評(píng)：通過舉例進(jìn)一步理解物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，接觸面越光滑，滾動(dòng)距離越遠(yuǎn)。（力撤物停的原因是因?yàn)槟Σ亮?。要?jiǎng)討B(tài)出以下效果：（1）對(duì)稱斜面，沒有摩擦小球滾到等高。點(diǎn)評(píng)：通過觀察伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生在研究科學(xué)問題時(shí)大膽的設(shè)想和科學(xué)的推理都是很有必要的。確信他的正確性。牛頓第一定律。教師活動(dòng)：既然牛頓第一定律是最完善的，那么它從幾個(gè)方面闡述了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系？ 在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。教師活動(dòng)：牛頓第一定律可不可以用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證？ 什么時(shí)候可以看作不受力并舉例說明。比如：冰面上的滑動(dòng)的冰塊。因?yàn)檫@是一個(gè)新概念，學(xué)生剛接受可能不是很好理解。這都是慣性。點(diǎn)評(píng)：通過生活中的例子進(jìn)一步理解慣性。這個(gè)本領(lǐng)與什么有關(guān)呢？比如貨車啟動(dòng)時(shí)，由靜止到運(yùn)動(dòng)得需要一段時(shí)間，是空車好啟動(dòng)還是滿載時(shí)？你還能舉出什么例子來？ 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生思考比如騎自行車，單人時(shí)和帶人時(shí)的感覺相比。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。（四）實(shí)例探究 ☆對(duì)慣性的理解被踢出去的冰塊在摩擦力可以忽略的冰面上運(yùn)動(dòng)受沒受向前的力？為什么能夠向前運(yùn)動(dòng)？船在水中勻速行駛，一人站在船尾向上豎直跳起，它會(huì)落入水中嗎？為什么？為什么跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員要助跑才能跳的遠(yuǎn)些？在一向北勻速直線行駛的火車車廂中，一小球靜止在水平桌面上，當(dāng)坐在桌旁的人看到小球向南滾動(dòng)時(shí)，火車做什么運(yùn)動(dòng)？