半导体物理-侯艳芳 课件1-1.ppt

END 半 导 体 物 理SEMICONDUCTOR PHYSICS 侯艳芳 Email: houyanfang@tongji.edu.cn 第一章 半导体中的电子状态 半导体的晶体结构和结合性质 半导体中的电子状态和能带 半导体中的电子运动 半导体中的导电机制 回旋共振 硅锗能带 重点: 1、晶体结构: (1) 金刚石型： Ge、Si (2) 闪锌矿型： GaAs 2、化合键: (1) 共价键： Ge、Si (2) 混合键： GaAs §1·1 半导体的晶体结构和结合性质 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 1、金刚石型结构和共价键 共价键 化学键: 构成晶体的结合力. 由同种晶体组成的元素半导体,其原子间无负电性差,它们通过共用一对自旋相反而配对的价电子结合在一 起。 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 金刚石结构 第VI族元素半导体材料硅、锗原子最外层都具有四个价电子。硅、锗原子通过共价键组合成晶体，其晶格结构属于金刚石型结构。这种结构的特点是：每个原子周围都有四个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。金刚石型结构的结晶学原胞是立方对称的晶胞。这种晶胞是两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线互相位移了四分之一的空间对角线套构而成。原胞含2个原子。 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 硅和锗的晶格常数分别为0.543089nm和0.565754nm，从而求得硅每立方厘米体积内有5.00×1022个原子，锗有4.42×1022个原子，两原子间最短距离硅0.235nm，锗为0.245nm，因而它们的共价半径分别为0.117和0.122nm。 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 共 价 键 的 特 点： 1、 饱和性 2、 方向性 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 金刚石型结构{100}面上的投影 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 金刚石结构的结晶学原胞 Si: a=5.43089埃 Ge: a=5.65754埃 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 2、闪锌矿结构和混合键 材料: Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体。 例如： GaAs、GaP、SiC、SiGe、InP、InAs、InSb……… 化学键: 共价键+离子键 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors III-V族元素，如：Al，Ga和In和N, P等合成的化合物都是半导体材料，它们绝大多数具有闪锌矿型结构。 与金刚石型结构类似，但是此结构由不同的原子构成，两种原子各自组成面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成，与IV族元素半导体的情况类似，这类共价性的化合物半导体中，共价键也是以sp3杂化轨道为基础的。 与IV族元素半导体相比的重要区别：在此类共价性化合晶体中具有不同程度的离子性，常称这类半导体为极性半导体。 闪锌矿型结构和混合键 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 闪锌矿结构的结晶学原胞 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 3、纤锌矿结构： ZnO、GaN、AlN、ZnS、ZnTe、CdS、CdTe…… Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 纤锌矿型结构和闪锌矿型结构相接近，也是以正四面体结构为基础构成的，但是它具有六方对称性。它是由两类原子各组成六方排列的双原子层堆积而成，但它只有两种类型的六方原子层，它的(001)面规则地按ABAB…顺序堆积，从而构成纤锌矿型结构。 氮化物和硫化物半导体材料等。 Crystal Structure and Bonds in Semiconductors 重点: 电子的共有化运动 导带、价带与禁带 §1·2 半导体中的电子状态和能带 Electron States and Relating Bonds in Semiconductors 单电子近似： 研究固态晶体中电子的能