第一章 半导体中的电子能量状态

第一章半导体中的电子能量状态

§1·1 半导体的晶体结构和结合性质

§1·2 半导体中的电子状态和能带

§1.3 半导体中电子的运动和有效质量

§1.4 本征半导体的导电机构空穴

§1·5 回旋共振

§1.6 常见半导体的能带结构

半导体中的电子状态

半导体的物理性质与电子状态有密切联系

半导体中的电子与自由电子或单原子电子状态不

同

受到晶体中周围原子和电子的影响(解薛定谔方程） 单电子近似：每个电子是在周期性排列且固定不

动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动

§1·1 半导体的晶体结构和结合性质

重点:

晶体结构:

金刚石型：Ge、Si 闪锌矿型：GaAs 纤锌矿型: ZnO 共价键混合键

晶体结构:晶胞

a

六角密堆结构（hcp

金刚石结构

Si,Ge,C等IV族元素，原子的最外层有四个价电子

正四面体结构：每个原子周围有四个最近邻的原子。

共价键：

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。

排列方式以双原子层ABCABC

半导体的晶体结构晶格常数a (埃)

Si Ge 5.43089

5.65754

硅的原子密度5.00x1022cm ‐3锗的原子密度4.42x1022cm ‐3

两原子间最短距离硅：0.235nm

锗：0.245nm 如何计算？

闪锌矿结构(Zinc Blende Structure)

晶格由两种不同原子组成的面心立方晶格套构而成。双原子复式格子

III －V 族化合物，每个原子被四个异族原子包围。每种元素吸引电子的能力不同。（GaAs 电子会偏向于As 一方，使其显电负性）

共价键中有一定的离子性，称为极性半导体。

化学键: 共价键+离子键

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

纤锌矿结构（Wurtzite structure)

ZnO、GaN、AlN、ZnS、ZnTe、CdS、CdTe……

氯化钠结构(PbS, PbSe)

相变

t

-π/a π/a

0/2π

第一布里渊区

布里渊区的特征：

表示的是同一个电子态；

E(k)=E(k+2π/a)

只能取一系列分立的值，每个k占有（3）所以，每个布里渊区中有N个k状态。（N为

；

§1.3半导体中电子的运动和有效质量重点:

半导体中E(k)与k的关系

半导体中电子的平均速度

半导体中电子的加速度

有效质量的意义

2

⎛⎞1d E

2 h

§1.4本征半导体的导电机构空穴

晶体中的电子共有化≠晶体有良好的导电性

晶体中总体上是否有电流取决于整个晶体中所有电子运动的总和。

被电子完全占满的能带（满带）不导电。（为什么？）