半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)-資料下載頁
2025-01-18 16:52本頁面
【正文】 ?xxxExxxxEggeVeV應(yīng)變 Si1xGex合金的禁帶寬度 32 )( xxxxEg ???? 改變 Ge 組分 x 和應(yīng)變的大小，則可調(diào)整 應(yīng)變 Si1xGex合金的禁帶寬度。 應(yīng)變和無應(yīng)變的 Si1xGex 的 Eg與 Ge 組分的關(guān)系 0 20 40 60 80 100 Ge 組分 x (%) 禁帶寬度 (eV) 2 3 應(yīng)變的 無應(yīng)變 輕空穴帶 重空穴帶 SiGe/Si應(yīng)變 層超晶格材料 新一代通信 5. 寬禁帶半導(dǎo)體材料（ Eg?） 的能帶 SiC、金剛石、 II族氧化物、 II族硫化物、 II族硒化物、 III氮化物及其合金 ?高頻、高功率、高溫、抗輻射和高密度 集成的電子器件 ?藍(lán)光、綠光、紫外光的發(fā)光器件和光探 測器件 SiC的晶格結(jié)構(gòu)和能帶 同質(zhì)多象變體（同質(zhì)多型體）： 在不同的物理化學(xué)環(huán)境下，形成兩種或兩 種以上的晶體，這些成分相同，形態(tài)、構(gòu)造和 物理性質(zhì)有差異的晶體稱為 ~ 。 SiC的多象變體約 200 多種。 結(jié)構(gòu)的差異使 SiC 的禁帶寬度不同 eVSi CReVSi CHeVSi CC)15()4()3(??????gggEEE?－ SiC: 立方晶體結(jié)構(gòu)的 SiC 變體 ?－ SiC: 六方和菱形晶體結(jié)構(gòu)的 SiC 變體 ?－ SiC 晶體的能帶特點 ? 間接帶隙 ?導(dǎo)帶極小值在 X 點（ X1c） ?價帶極大值在 ? 點（ ?15v） 2 4 6 8 10 12 晶格常數(shù) a(nm) 能量 E(eV) X1c L1c ?15c ?1c 壓力顯 著改變 能帶結(jié) 構(gòu) ?－ SiC 的能隙與晶格常數(shù) a 的關(guān)系 GaN, AlN 的晶格結(jié)構(gòu)和能帶 III族氮化物： GaN, AlN, InN, AlGaN, GaInN, AlInN, AlGaInN等 禁帶寬度范圍： 紅、黃、綠、藍(lán)和紫外光 晶格結(jié)構(gòu)： 閃鋅礦和纖鋅礦 GaN晶體的能帶特點 ? 直接帶隙 ?導(dǎo)帶極小值與價帶極大值在 ? 點 對纖鋅礦和閃鋅礦結(jié)構(gòu) AlN晶體的能帶特點 對纖鋅礦結(jié)構(gòu) ? 直接帶隙 ?導(dǎo)帶極小值與價帶極大值在 ? 點 對閃鋅礦結(jié)構(gòu) ? 間接帶隙 ?導(dǎo)帶極小值在 X 點，價帶極大值在 ? 點 第一章 小結(jié) ● 在完整的 半導(dǎo)體中 ， 電子的能譜是一些密集的能級組成的帶 （ 能帶 ） ， 能帶與能帶之間被禁帶隔開 。 在每個能帶中 ，電子的能量 E可表示成波矢的函數(shù) E(k)。在絕對零度時 ， 完全被電子充滿的最高能帶 ， 稱為價帶 ， 能量最低的空帶稱為導(dǎo)帶 。 ● 有效質(zhì)量的概念及物理意義。 222*kEhmdd?● 兩種載流子的比較 價帶附近的空狀態(tài)，稱為空穴。可以把它看成是一個攜帶電荷（ +q)、以與空狀態(tài)相對應(yīng)的電子速度運動的粒子?？昭ň哂姓挠行з|(zhì)量。 ● 直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體 第一章習(xí)題 作業(yè)： P35習(xí)題 2 右圖為能量曲線 E(k)的形狀，試回答： （ 1） 在 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 三個帶中 ， 哪一個帶的電子有效質(zhì)量數(shù)值最小 ？ （ 2） 在考慮 Ⅰ 、 Ⅱ 兩個帶充滿電子 ， 而第 Ⅲ 個帶全空的情況 ， 如果少量電子進(jìn)入第 Ⅲ 個帶 ， 在 Ⅱ 帶中產(chǎn)生同樣數(shù)目的空穴 ， 那么 Ⅱ 帶中的空穴有效質(zhì)量同 Ⅲ 帶中的電子有效質(zhì)量相比 ， 是一樣、 還是大或小 ？ Ⅰ Ⅱ Ⅲ π/a π/a P13圖 110(c) 第一章 習(xí)題 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài) 什么叫本征激發(fā)？溫度越高，本征激發(fā)的載流子越多，為什么？試定性說明之。 試定性說明 Ge、 Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)的原因。 試指出空穴的主要特征。 簡述 Ge、 Si和 GaAS的能帶結(jié)構(gòu)的主要特征。 某一維晶體的電子能帶為 其中 E0=3eV，晶格常數(shù) a=5х1011m。求： （ 1）能帶寬度； （ 2）能帶底和能帶頂?shù)挠行з|(zhì)量。 ? ?)s i n ()c o s ()( 0 kakaEkE ???解：在一定溫度下，價帶電子獲得足夠的能量（ ≥Eg）被激發(fā)到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子的過程就是本征激發(fā)。其結(jié)果是在半導(dǎo)體中出現(xiàn)成對的電子 空穴對。如果溫度升高，則禁帶寬度變窄，躍遷所需的能量變小，將會有更多的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中。 解：電子的共有化運動導(dǎo)致孤立原子的能級形成能帶，即允帶和禁帶。溫度升高，則電子的共有化運動加劇，導(dǎo)致允帶進(jìn)一步分裂、變寬；允帶變寬，則導(dǎo)致允帶與允帶之間的禁帶相對變窄。反之，溫度降低，將導(dǎo)致禁帶變寬。 因此， Ge、 Si的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù)。 解： 空穴是未被電子占據(jù)的空量子態(tài)，被用來描述半滿帶中的大量電子的集體運動狀態(tài)，是準(zhǔn)粒子。主要特征如下： A、荷正電： +q； B、空穴濃度表示為 p（電子濃度表示為 n）； C、 EP=En D、 mP*=mn*。 解： （ 1） Ge、 Si: a） Eg (Si： 0K) = ； Eg (Ge： 0K) = ； b）間接能隙結(jié)構(gòu) c）禁帶寬度 Eg隨溫度增加而減??； （ 2） GaAs： a） Eg（ 300K） = ， Eg (0K) = ； b）直接能隙結(jié)構(gòu)； c） Eg負(fù)溫度系數(shù)特性： dEg/dT = 104eV/K； 解： （ 1）由題意得： ? ?? ?)s i n (3)c o s ()c o s (3)s i n (02220kakaEakddEkakaaEdkdE????eVEEEEakddEakEakddEakakakkatgdkdEoooo i nm a x,) i ( c o ,) i ( c o ,31,04002222400222121????????????????????????則能帶寬度對應(yīng)能帶極大值。當(dāng)對應(yīng)能帶極小值；當(dāng)）（得令（ 2） ? ?? ?? ?? ?? ?? ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????kgkddEhmkgkddEhmknkn271234401222*271234401222*21帶頂帶底則答：能帶寬度約為 ，能帶頂部電子的有效質(zhì)量約為 ，能帶底部電子的有效質(zhì)量約為 。
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