半導(dǎo)體物理總復(fù)習(xí)ppt課件-資料下載頁
2025-05-07 12:40本頁面
【正文】 這個(gè)過程稱為自發(fā)輻射 [圖 (b)]。 第七章 能量為 hν12的光子撞擊一原本在激發(fā)態(tài)的原子 [圖(c)]， 使得此原子轉(zhuǎn)移到基態(tài) ， 并放出一個(gè)與入射輻射同相位 （ 相干 ） 、 能量為 hν12的光子 （ 單色 ） 。此過程稱為受激輻射 。 1E2E吸收)( a12?h12?h自發(fā)輻射)( b12?h1E2E1E2E12?h12?h受激輻射)( c)(同相位之前 之后圖 在兩個(gè)能級(jí)間的三種基本躍遷過程 . 其中黑點(diǎn)表示原子的能態(tài) . 最初的能態(tài)在左邊，經(jīng)過躍遷后，其最終的能態(tài)則在右邊吸收自發(fā)輻射受激輻射同相位之前 之后圖 在兩個(gè)能級(jí)間的三種基本躍遷過程 其中黑點(diǎn)表示原子的能態(tài) 最初的能態(tài)在左邊，經(jīng)過躍遷后，其最終的能態(tài)則在右邊25 發(fā)光二極管的主要工作過程是自發(fā)輻射 ， 激光二極管則是受激輻射 ，而光探測(cè)器和太陽能電池的工作過程則是吸收 。 假如光子受激輻射 光子吸收 ， 則電子在較高能級(jí)的濃度會(huì) 在較低能級(jí)的濃度 。 這種情況稱為分布反轉(zhuǎn) ， 因其與平衡條件下的情況恰好相反 。 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是激光產(chǎn)生的必要條件 。 受激輻射遠(yuǎn)比自發(fā)輻射和吸收來得重要 。 半導(dǎo)體被光照射 ， 如果 hν=Eg， 則半導(dǎo)體會(huì)吸收光子產(chǎn)生電子 空穴對(duì) ， 如 (a)所示 。 若 hνEg， 則除產(chǎn)生電子 空穴對(duì)外 ， (hνEg)將以熱的形式耗散 ， 如 (b)所示 。 (a)與 (b)的過程皆稱為本征躍遷 （ 能帶至能帶的躍遷 ） 。 若 hνEg， 則只有在禁帶中存在由化學(xué)雜質(zhì)或物理缺陷所造成的能態(tài)時(shí) ， 光子才會(huì)被吸收 ， 如 (c)所示 ， 這種過程稱為非本征躍遷 。 C E V E g E ) ( a ) ( b ) ( c u h t E 26 ?半導(dǎo)體激光和固態(tài)紅寶石激光及氦氖氣體激光比較： ?共性：方向性很強(qiáng)的單色光束 ， 譜線較 LED的窄 。 ?不同之處：半導(dǎo)體激光較其他激光體積??；在高頻時(shí)易于調(diào)制 ， 只需要調(diào)節(jié)偏電流即可 。 ?應(yīng)用： ?光纖通信中的光源 ， 錄像機(jī) 、 光學(xué)刻錄機(jī)及高速激光打印機(jī)等 。 ?基礎(chǔ)研究與技術(shù)領(lǐng)域 ， 高分辨率氣體光譜學(xué)及大氣污染監(jiān)測(cè)等 。 ?都具有直接禁帶：動(dòng)量守恒 ， 輻射性躍遷幾率較高 ， 量子效率高 。 激光半導(dǎo)體材料 半導(dǎo)體激光 27 27 金 半接觸可分為兩種形式：整流性與非整流的歐姆性 。 金半接觸 第八章 當(dāng)金屬與半導(dǎo)體緊密接觸時(shí) ， 兩種不同材料的費(fèi)米能級(jí)在熱平衡時(shí)相同；此外 ， 真空能級(jí)也必須連續(xù) 。 這兩項(xiàng)要求決定了理想金半接觸的能帶圖 ， 如圖所示 。 真空能級(jí)m?q?qs?qCEFEVE)( m ?? ?q金屬 半導(dǎo)體真空能級(jí)金屬 半導(dǎo)體型半導(dǎo)體的能帶圖金屬靠近一獨(dú)立熱平衡情形下，一獨(dú)立 n)( am?qCEFEVEFE?q)( mBn ??? ?? qq)( smbi ?? ?? qqVs?q接觸的能帶圖熱平衡時(shí)金屬－半導(dǎo)體)( b圖 6 . 2理想狀況下 ， 勢(shì)壘高度q?Bn為金屬功函數(shù)與電子親和力之差 。 圖中的半導(dǎo)體側(cè) ， Vbi為電子由半導(dǎo)體導(dǎo)帶上欲進(jìn)入金屬時(shí)遇到的內(nèi)建電勢(shì) 。 qVn為導(dǎo)帶底與費(fèi)米能級(jí)間的距離 。 28 肖特基勢(shì)壘指一具有大的勢(shì)壘高度 （ 即 ?Bn或 ?BpkT/q） ， 以及摻雜濃度比導(dǎo)帶或價(jià)帶上態(tài)密度低的金屬 半導(dǎo)體接觸 。 工作在適當(dāng)溫度 （ 300K） 的肖特基二極管 ， 其主要傳導(dǎo)機(jī)制是半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的熱電子發(fā)射越過接觸勢(shì)壘而進(jìn)入金屬中 。 肖特基勢(shì)壘 正常工作情況下 ， 少數(shù)載流子電流大小比多數(shù)載流子電流少了幾個(gè)數(shù)量級(jí) 。 因此 ， 肖特基二極管被視為單極性器件 ， 亦即主要由一種載流子來主導(dǎo)導(dǎo)通的過程 。 金屬 半導(dǎo)體接觸的接觸電阻相對(duì)于半導(dǎo)體主體或串聯(lián)電阻可忽略不計(jì)時(shí) ， 被定義為歐姆接觸 。 良好的歐姆接觸不會(huì)嚴(yán)重降低器件性能 ， 且通過電流時(shí)所產(chǎn)生的電壓降比降落于器件有源區(qū)的電壓降要小 。 歐姆接觸 29 金半場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （ MESFET） 具有三個(gè)金屬 半導(dǎo)體接觸 。 其中 ， 一個(gè)肖持基接觸作為柵極 ， 兩個(gè)當(dāng)作源極與漏極的歐姆接觸 。 MESFET MESFET原理結(jié)構(gòu)如下圖所示 。 源極接地 ， 柵極電壓與漏極電壓以源極為參考 。 正常情況下柵壓為零或是反偏 ， 而漏極電壓為零或正偏 ， 即 VG≤0而 VD≥0。 溝道為 n型材料稱為 n溝道 MESFET。 大多數(shù)應(yīng)用是采用 n溝道MESFET而非 p溝道 MESFET， 因?yàn)?n溝道器件具有較高的電子遷移率 。 LLgsLgdL源極漏極Za型n襯底半導(dǎo)體絕緣柵極源極漏極型襯底半導(dǎo)體絕緣柵極的透視圖M ES F ET)( a漏極源極柵極aWL DV0G ?V漏極源極柵極柵極區(qū)域的截面圖M ES F ET)( b圖 6 . 1 030 注意 ? 各種結(jié)構(gòu)的能帶圖 ? 書中所提到的物理參數(shù)的符號(hào)要能看得懂 ? 作業(yè)
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