【正文】 元素?fù)诫s，雜質(zhì)原子提供的價(jià)電子數(shù)目少于半導(dǎo)體原子，很容易在價(jià)帶中形成空穴，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率同樣增加。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明 InP是制作轉(zhuǎn)移器件的更好半導(dǎo)體材料。如 GaAs的導(dǎo)帶在位于 100方向的極值 (可稱為子能谷 )比位于 k空間原點(diǎn)的極值 (可稱為主能谷 )高約 ，而且前者電子的有效質(zhì)量較大，遷移率較低，因此在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，電子從原點(diǎn)極值轉(zhuǎn)移到 100＞方向極值處時(shí)，產(chǎn)生負(fù)阻現(xiàn)象。如： Si的導(dǎo)帶底處在 100方向，距原點(diǎn)約 5/6處，因此它有 6個(gè)對(duì)稱的等價(jià)能谷，且每個(gè)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(dāng)從 x軸對(duì) N型硅施加壓力時(shí)，導(dǎo)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(dǎo)率減少，因此硅是制作壓阻器件的一種材料。第二：Ge和 Si是典型的多能谷半導(dǎo)體：導(dǎo)帶極值不在 k空間原點(diǎn)，按對(duì)稱性的要求，必然存在若干個(gè)等價(jià)的能谷 (稱為多能谷半導(dǎo)體 )；GaAs為單能谷半導(dǎo)體：導(dǎo)帶極值在 k空間原點(diǎn)處，只有單個(gè)極值，稱為單能谷半導(dǎo)體。例：半導(dǎo)體材料 Ge、Si和 GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第一：GaAs的導(dǎo)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(yīng)等 )呈各向同性；Ge、 Si的等能面為旋轉(zhuǎn)橢球面。用晶體中電子的能量 E與波矢 k的函數(shù)關(guān)系來描述電子在能帶中的填充，對(duì)半導(dǎo)體起作用的常常是接近于導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂?shù)碾娮?，因此只需列出帶邊附?E和 k的關(guān)系。發(fā)生光吸收或復(fù)合發(fā)光時(shí)，過程必須滿足準(zhǔn)動(dòng)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。具有這兩種能帶結(jié)構(gòu)的材料分別稱為直接帶隙半導(dǎo)體材料 (如GaAs)和間接帶隙半導(dǎo)體材料 (如 (Ge、 Si)。一、半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)直接帶隙：價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底直接對(duì)應(yīng)，位于 k空間同一點(diǎn)。畫能帶時(shí)只需畫能量最高的價(jià)帶和能量最低的導(dǎo)帶，價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底都稱為帶邊，分別用 Ev和 Ec表示它們的能量。 半導(dǎo)體材料的基本特性能帶：用來表示電子各種行為。 Sb2Te3Bi2Se3和 Bi2Se3Bi2Te3是較好的溫差電材料。167。167。固溶體半導(dǎo)體167。 二元化合物半導(dǎo)體它們由兩種元素組成，主要是有IIIV族化合物半導(dǎo)體、 IIVI族化合物半導(dǎo)體、 IVVI族化合物半導(dǎo)體、 IIIV族化合物半導(dǎo)體，鉛化合物及氧化物半導(dǎo)體等。第一章 半導(dǎo)體材料 (一 )信息功能材料第一章 半導(dǎo)體材料?半導(dǎo)體的基本特性、結(jié)構(gòu)與類型?半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)?半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷?典型半導(dǎo)體材料的應(yīng)用和器件內(nèi)容：重點(diǎn)：?半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和能帶?典型半導(dǎo)體的應(yīng)用引 言導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體導(dǎo)電性劃分結(jié)晶半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體非結(jié)晶半導(dǎo)體半導(dǎo)體有機(jī)半導(dǎo)體無機(jī)半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體一些常見的半導(dǎo)體材料與器件：半導(dǎo)體材料的分類分類 主要半導(dǎo)體材料 無機(jī)半導(dǎo)體晶體材料化合物半導(dǎo)體及固溶體半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體元素 Ge Si Te Se化合物 GeTe As2Te3 Se4Te Se2As3 As2SeTe As2Se2Te有機(jī)半導(dǎo)體芳香族化合物 多環(huán)芳香族化合物電荷移動(dòng)絡(luò)合物元素半導(dǎo)體 具備實(shí)用價(jià)值的元素半導(dǎo)體材料只有硅、鍺和硒。硒是最早使用的，而硅和鍺是當(dāng)前最重要的半導(dǎo)體材料，尤其是硅材料由于具有許多優(yōu)良特性，絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件都是用硅材料制作的。三元化合物半導(dǎo)體?以 A1GaAs相 GaAsP為代表的二元化合物半導(dǎo)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(dǎo)體材料；?SrTiO3是超導(dǎo)電性半導(dǎo)體材料，在氧欠缺的條件下，它表現(xiàn)出超導(dǎo)電性。元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體相互溶解而成的半導(dǎo)體材料稱為固溶體半導(dǎo)體。它的一個(gè)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(dǎo)體材料。例 : 可以利用 GaAs1xPx隨 x變化而作出能發(fā)不同波長(zhǎng)的發(fā)光二極管。非晶態(tài)半導(dǎo)體?非晶態(tài)物質(zhì)的特征是原子排列沒有規(guī)律．從長(zhǎng)程看雜亂無章，有時(shí)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(dá)到一定值的外界條件 (如電場(chǎng)、光、溫度等 )時(shí)，就呈現(xiàn)出半導(dǎo)體電性能，稱之為非晶態(tài)半導(dǎo)體材料，也叫玻璃態(tài)半導(dǎo)體；?非晶態(tài)半導(dǎo)體材料在開關(guān)元件、記憶元件、固體顯示、熱敏電阻和太陽(yáng)能電池等的應(yīng)用方面有著重要應(yīng)用和良好前景。能帶結(jié)構(gòu) : 稱能帶、禁帶寬度以及電子填充能帶的情況．能帶和禁帶寬度：取決于晶體的原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，而電子填充要遵從能量最小原理相泡利不相容原理。帶隙寬度 Eg : Eg=EcEv本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)分兩類：直接帶隙和間接帶隙。間接帶隙：價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底不直接對(duì)應(yīng)，位于 k空間不同點(diǎn)。直接帶隙半導(dǎo)體材料和間接帶隙半導(dǎo)體材料在光吸收、發(fā)光、輸運(yùn)現(xiàn)象和過剩載流子復(fù)合等行為上有明顯的區(qū)別。?對(duì)于間接 帶隙 半導(dǎo)體，發(fā)生導(dǎo)帶與價(jià)帶之間光學(xué)躍遷時(shí)，需要聲子參與才能滿足上式；?對(duì)于直接 帶隙 半導(dǎo)體，不需要聲子參與就能滿足式上式，因此用直接躍遷型半導(dǎo)體制作發(fā)光和激光器件大有作為。根據(jù)固體理論，當(dāng)半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂部位于 k空間原點(diǎn) (?點(diǎn) )，而且等能面為球面時(shí)，可推出：導(dǎo)帶底附近價(jià)帶頂附近其中 me*和 mh*分別為導(dǎo)帶底附近電子和價(jià)帶頂附近空穴的有效質(zhì)量。 Ge、 Si的許多性質(zhì)呈各向異性。例： Ge、 Si和 GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第三：多能谷半導(dǎo)體可用來制作壓阻器件。例： Ge、 Si和 GaAs導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)第四：存在多種能量極值的半導(dǎo)體材料，由于不同極值處導(dǎo)帶的曲率 (?E/ ?K)不同，而且其曲率與該處電子的有效質(zhì)量成反比，則發(fā)生轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)