【正文】 這一個價電子，可以電離而躍遷入導(dǎo)帶，這一施主能級為 ED，故，電離能為（ Ec ED ）。由于電子間的庫侖排斥作用，金從價帶接受第二個電子所需要的電離能比接受第一個電子時的大，接受第三個電子時的電離能又比接受第二個電子時的大，所以， EA3 EA2 EA1 。 ? 對于電離能小的施主雜質(zhì)的施主能級位于禁帶中導(dǎo)帶底以下較小的距離。 ?雜質(zhì)補償 ：半導(dǎo)體中存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時，它們的共同作用會使載流子減少，這種作用稱為雜質(zhì)補償。 ?基本要求 ：掌握淺能級雜質(zhì)和深能級雜質(zhì)的基本特點和在半導(dǎo)體中起的作用，特別注意金在硅中既有施主能級又有受主能級，它是有效的復(fù)合中心。實驗還表明，砷化鎵單晶體中硅雜質(zhì)濃度為時 1018cm3，取代鎵原子的硅施主濃度與取代砷原子的硅受主濃度之比約為 :1。 ?是否周期表中同族元素均能形成等離子陷阱呢？只有當(dāng)摻入原子與基質(zhì)晶體原子在電負(fù)性、共價半徑方面有較大差別時，才能形成等離子陷阱。 ?基本要求： ?掌握等電子陷阱和等離子雜質(zhì)的概念。 ?③ .淬火后可以“凍結(jié)”高溫下形成的缺陷。 ? 位錯（ dislocation） ? 1 位錯形成原因 ?（在生產(chǎn)、工藝、制造過程中等）。 ?課程難點 ：無。（第五章） ? ：離子晶體或化合物半導(dǎo)體，由于組成晶體的元素偏離正常化學(xué)比而形成的缺陷。 ?③ 空位缺陷有利于雜質(zhì)擴散。 ? 2 點缺陷（熱缺陷）特點： ?① . 熱缺陷的數(shù)目隨溫度升高而增加； ?② .熱缺陷中以肖特基缺陷為主（即原子空位為主），原因：三種點缺陷中形成肖特基缺陷需要的能量最小。這個電子的電離能△ ED＝ 。但是由于原子序數(shù)不同，這些原子的共價半徑和電負(fù)性有差別，因而它們能俘獲某種載流子而成為帶電中心。 ?為什么 ? ?這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，是因為在硅雜質(zhì)濃度較高時，硅原子不僅取代三價鎵原子起著施主雜質(zhì)的作用，而且硅也取代了一部分 V族砷原子而起著受主雜質(zhì)的作用，因而對于取代 Ⅲ 族原子鎵的硅施主雜質(zhì)起到補償作用，從而降低了有效施主雜質(zhì)的濃度，電子濃度趨于飽和。三是能起到復(fù)合中心作用，使少數(shù)載流子壽命降低（在第五章詳細(xì)討論）。 Ec ED Ei EA Ev ?室溫下，摻雜濃度不很高的情況下，淺能級雜質(zhì)幾乎可以可以全部電離。 ? 施主雜質(zhì)電離能 ：雜質(zhì)價電子掙脫雜質(zhì)原子的束縛成為自由電子所需要的能量 —— 雜質(zhì)電離能，用△ ED=EcED表示。接受第三個電子后，變?yōu)?Au3 ，相應(yīng)的受主能級為 EA3 ，其電離能為（ EA3 Ev ）。 ? P40,圖 28,29. ? 深能級雜質(zhì)和晶體缺陷形成的能級一般作為復(fù)合中心。 “ 雜質(zhì)補償 ” 是制造各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。根據(jù)摻入雜質(zhì)的分布位置可以分為替位式雜質(zhì)和間隙式雜質(zhì)。 ? 晶體中無雜質(zhì)，無缺陷。在 111L方向布里淵區(qū)邊界還有一個導(dǎo)帶極小值，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，約為 ，它的能量比布里淵區(qū)中心極小值的能量高 。 ? P27 圖 125 ? 4. 在硅、鍺的能帶圖中指出導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)奈恢眉敖麕挾取Ｍㄟ^分析，硅有六個橢球等能面，分別分布在100晶向的六個等效晶軸上，電子主要分布在這六個橢球的中心（極值）附近。實驗中常是固定交變電磁場的頻率，改變磁感應(yīng)強度以觀測吸收現(xiàn)象。 ?基本概念： ?載流子 ：晶體中荷載電流（或傳導(dǎo)電流）的粒子。正是由于這兩種載流子的作用，使半導(dǎo)體表現(xiàn)出許多奇異的特性，可用來制造形形色色的器件。 (滿帶電子不導(dǎo)電可以用能帶中保里不相容原理和布里淵區(qū)中 K矢量解釋 ) 。注意，這是一個經(jīng)典力學(xué)方程， f是外合力。因此， 引進有效質(zhì)量的意義在于它概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用 ，使得在解決半導(dǎo)體中電子在外力作用下的運動運動規(guī)律時，可以不涉及到半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用。為了解決這一問題，引入空穴的概念。但在半導(dǎo)體中起作用地是位于導(dǎo)帶底或價帶頂附近的電子。 ?② 共價鍵上的電子處于束縛態(tài)，不能參與導(dǎo)電。 。 半滿帶 金屬中，由于組成金屬的原子中的價電子占據(jù)的能帶是部分占滿的，所以金屬是良好的導(dǎo)電體。 ） ?價帶 （ valence band） :被價電子占據(jù)的允帶（低溫下通常被價電子占滿）。 ?定量理論 （ 量子力學(xué)計算 ,求解薛定諤方程 ） ：電子在周期場中運動 ， 其能量不連續(xù)形成能帶 。 布洛赫波函數(shù) )()()()( 2naxxuexuxkkxikk???? ??其次，根據(jù)波函數(shù)的意義，在空間某一點找到電子的幾率與波函數(shù)在該點的強度（ ）成比例。 ? ：晶體中的電子是以調(diào)幅平面波在晶體中傳播。 基本概念 ： ?電子共有化運動：原子組成晶體后 ， 由于原子殼層的交疊 ， 電子不再局限在某一個原子上 ， 可以由一個原子轉(zhuǎn)移到另一個原子上去 ，因而 ， 電子將可以在整個晶體中運動 ， 這種運動稱為電子的共有化運動 。 基本要求 ： ?記住晶向與晶面的關(guān)系；熟悉金剛石型結(jié)構(gòu)與閃鋅礦型結(jié)構(gòu)晶胞原子的空間立體分布及硅、鍺、砷化鎵晶體結(jié)構(gòu)特點，晶格常數(shù) (約)，原子密度數(shù)量級（ 1022個原子 /立方厘米）。 a23a22? ：為棱長 的菱立方 ， 由體對角線的兩個原子和六個面心原子構(gòu)成棱立方 ，其內(nèi)包含一個距頂角 1/4體對角線的原子 ， 因此 ，原胞共含有 2個原子 。 ? 晶向與晶面的關(guān)系：在正交坐標(biāo)系中，晶面指數(shù)與晶面指數(shù)相同時，晶向垂直于晶面。原胞（晶胞）以基矢為周期排列，因此，基矢的大小又成為晶格常數(shù)。 ? 教材：采用高等學(xué)校工科電子類（電子信息類）規(guī)劃教材《 半導(dǎo)體物理學(xué) 》 ，由劉思科、朱秉升、羅晉生等編寫。 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài) 本節(jié)內(nèi)容 ： ? （有關(guān)的名詞） ? 格點 ：空間（一維或多維）點陣中的點（結(jié)點） ? 晶列 ：通過任意兩格點所作的（晶列上有一系列格點） ? 晶向 ：在坐標(biāo)系中晶列的方向（確定晶向的方法待定）用晶向指數(shù)表示；如 [110]。 ? 晶列指數(shù)及晶向：格矢在相應(yīng)晶軸上投影稱作晶列指數(shù)，并用以表示晶向，即格矢所在的晶列方向。 ? 3） 面心立方：簡立方的六個面的中心各有一個原子 。在固體物理學(xué)中，只強調(diào)晶格的周期性，其最小重復(fù)單元為原胞，例如金剛石型結(jié)構(gòu)的原胞為棱長 的菱立方，含有兩個原子；在結(jié)晶學(xué)中除強調(diào)晶格的周期性外，還要強調(diào)原子分布的對稱性，例如同為金剛石型結(jié)構(gòu)，其晶胞為棱長為 a的正立方體，含有 8個原子。 電子的狀態(tài)可用四個量子數(shù)表示 。 167。 一個允帶對應(yīng)的 K值范圍稱為布里淵區(qū) 。 |)()(||| ** xuxu kk????組成晶體的原子的外層電子共有化運動較強（為什么？），其行為與自由電子相似，常稱為準(zhǔn)自由電子。 ?禁帶 （ forbidden band） ：不允許電子存在的能量范圍 。由于電場力對電子的 加速作用，使電子的運動速度和能量都發(fā)生 了變化。 空帶 (導(dǎo)帶 ) 價帶 禁帶 ?當(dāng)外界條件發(fā)生變化時，例如溫度升高或有光照時，滿帶中有少量電子可能被激發(fā)到上面的導(dǎo)帶中去，使能帶 (導(dǎo)帶 )底部附近有了少量電子，因而在外電場作用下，這些電子將參與導(dǎo)電； ?同時，滿帶中由于少了一些電子，在滿帶頂部附近出現(xiàn)了一些空的量子狀態(tài)，滿帶變成了部分占滿的能帶，在外電場作用下，仍留在滿帶中的電子也能夠起導(dǎo)電作用，滿帶電子的這種導(dǎo)電作用等效于把這些空的量子狀態(tài)看作帶正電荷的準(zhǔn)粒子的導(dǎo)電作用，常稱這些空的量子狀態(tài)為空穴。 ? 絕緣體的禁帶寬度很大，數(shù)量級在 5eV左右，激發(fā)電子需要很大的能量，在通常溫度下，能激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子很少，所以導(dǎo)電性很差。 ?②解釋半導(dǎo)體的熱敏性，光敏性等。電子的速度為 (127) 注意 v可以是正值 (m*0,k0時 )，也可以是負(fù)值(m*0,k0時 )，這取決于能量對波矢的變化率。 0** ??? pn mm： ?在經(jīng)典牛頓第二定律中 a=f/m0,式中 f是外合力， m0是慣性質(zhì)量。 ? 有效質(zhì)量與能量函數(shù)對于 k的二次微商成反比，對寬窄不同的各個能帶， E（ k）隨 k的變化情況不同，能帶越窄，二次微商越小，有效質(zhì)量越大。根據(jù)教材 P11,式（ 11）和式（ 16），對于自由電子 m0v＝ hk，這是自由電子的真實動量，而在半導(dǎo)體中 hk＝ mn*v；有效質(zhì)量與慣性質(zhì)量有質(zhì)的區(qū)別，前者隱含了晶格勢場的作用（雖然有質(zhì)量的量綱）。 滿帶 半滿帶 （保里原理的作用） 空帶 Ec 滿帶 Ev Eg ? 在一定的溫度下，價帶頂部附近有少量電子被激發(fā)到導(dǎo)帶底部附近，在外電場作用下，導(dǎo)帶中電子便參與導(dǎo)電。但是，如何理解空穴導(dǎo)電？設(shè)想價帶中一個電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，此時價帶為不滿帶，價帶中電子便可導(dǎo)電。 167。 基本要求 ： ?掌握等能面的研究方法：不同的半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)不同，而且往往是各向異性的，即沿不同的波矢方向， E～ k關(guān)系不同。 ? (見 P25，圖 122,123, P26 圖 124(a)) 2. n型鍺的實驗指出，鍺的導(dǎo)帶極小值位于100方向的布里淵區(qū)邊界上共有八個。 ?如選取 E0為能量零點，以 kos為坐標(biāo)原點，取k k k3為三個直角坐標(biāo)軸，分別與橢球主軸重合，并使 k3軸沿橢球長軸方向（即沿100方向），則等能面分別為繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)橢球面。室溫下禁帶寬度為 。 ?晶體具有完整的（完美的）