半导体物理-侯艳芳 课件1-2.ppt

半 导 体 物 理SEMICONDUCTOR PHYSICS 侯艳芳 Email: houyanfang@mail.tongji.edu.cn 单电子近似：晶体中的电子是在周期性排列且固定 不动的原子核的 势场以及其它大量 电子的平均势场中运动，这个势场 也是周期性变化的，而且它的周期与 晶格周期相同。 第一布里渊区： 第二布里渊区： 。。。。。。 电子填充能带的情况来看，固体能够导电，是固体中的电子在外电场作用下作定向运动的结果。 从能带论来看，电子的能量变化，就是电子从一个能级跃迁到另—个能级上去。满带中的电子并不形成电流，对导电没有贡献如内层电子对导电没有贡献。对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成了电流，起导电作用，常称这种能带为导带。如金属是良好导体。 绝缘体的禁带宽度很大，激发电子需要很大能量，在通常温度下．能激发到导带的电子很少 禁带宽度: Electron States and Relating Bonds in Semiconductors 一维情况 在能带上部（价带顶）（极大值处） 4．仍以一维情况为例。设m0为电子的惯性质量， FL为电子所受到的晶格场力； F外为电子所受到的晶体以外产生的场所施加的力。 dv/dt＝1/m0·F＝1/m0（F外＋FL）与dv/dt＝1/m*F外比较，显然FL的影响包含m*中去了。比较可得 4 本征半导体的导电机制 导电现象 如果一个能带中所有的状态都被电子占满，那么，即使有外加电场，晶体中也没有电流，即满带电子不导电 绝对温度为零时，纯净半导体的价带被价电子填满，导带是空的，不导电。 在一定温度下，未填满的能带才有一定的导电性，即不满的能带中的电子才可以导电。 本征半导体导带机制 导带上电子和价带上空穴共同参与导电．这就是本征半导体的导电机构 当价带中缺少一些电子而空出一些状态后，可以认为这些状态为空穴所占据。空穴可以看成是一个具有正电荷和正有效质量粒子。 Electron States and Relating Bonds in Semiconductors Electron States and Relating Bonds in Semiconductors （3）空 穴 空穴：将价带电子的导电作用等效为带正电荷的准粒子的 导电作用。 A、荷正电：+q B、空穴浓度表示为p（电子浓度表示为n） C、EP=-En D、mP*=-mn* Electron States and Relating Bonds in Semiconductors 主要特征 空穴是能带中一个电子逸出后的另一种描述 （3）本征激发 当温度一定时，价带电子受到激发而直接成为导带电子的过程 本征激发。 导带底Ec 价带顶Ev 激 发 后： 导带电子 空的量子态（ 空穴） 价带电子 激 发 前： Electron States and Relating Bonds in Semiconductors 因此，在半导体中存在两种载流子：（1）电子； （2）空穴；而在本征半导体中，n=p 如下图所示： Electron States and Relating Bonds in Semiconductors 空穴与导电电子 Electron States and Relating Bonds in Semiconductors §1.3 半导体中电子的运动 有效质量 1、半导体中E（k）与k的关系 假设E（0）为能带顶或能带底，以一维情况为例，设能带底位于波数k＝0处，将E（k）在k=0附近展成泰勒级数： 而 所以 Motion of Electrons in Semiconductors Effective Mass 半导体中E(k)与k的关系 半导体中起作用的是接近于能带底部电子或能带顶部空穴，因此要清楚能带底部或顶部附近(即能带极值附近)的E(k)与k关系 利用用泰勒级数展开，近似求出极值附近E(k)与k的关系。