大学物理第五版下册1512半导体
大学物理下册课件第五版
量子力学的应用与挑战
量子力学的应用
量子力学在许多领域都有广泛的应用，如半导体技术、 超导电性、量子计算机等。这些应用都基于量子力学的 基本原理，如量子隧穿效应、量子干涉和量子纠缠等。
量子力学的挑战
量子力学的解释和诠释仍存在许多未解之谜和需要进一 步研究的问题。例如，量子测量问题和量子纠缠的起源 等。这些问题仍需科学家们不断探索和深入研究。
光的衍射
1 2
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物时，会绕过障碍物 的边缘继续传播，形成衍射现象。
衍射分类
根据障碍物的不同，衍射可分为菲涅尔衍射和夫 琅禾费衍射。 Nhomakorabea3
衍射公式
在夫琅禾费衍射中，衍射角θ与入射角i、波长λ 和缝宽a之间的关系为sinθ=sinia/λ。
光的偏振
01
02
03
偏振现象
光波的电矢量或磁矢量在 某一特定方向上的振动称 为偏振。
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详细描述
热力学是一门研究热现象的学科，主要关注热量转移 、功的转换和热力平衡等问题。在热力学中，热力学 系统是一个独立存在的物质体系，通过与外界进行热 量和物质的交换而达到一定的平衡状态。热力学状态 是指系统在某一时刻所处的平衡状态，包括系统的温 度、压力、体积等宏观物理量。热力学过程是指系统 状态随时间变化的过程，包括等温过程、等压过程、 绝热过程等。
线上。
动量与角动量
动量
物体的质量与速度的乘积定义为物体 的动量，表示物体运动的剧烈程度。
角动量
物体相对于某点转动时，其动量和位 置矢量的叉乘定义为角动量，表示物 体转动的剧烈程度。
万有引力定律
万有引力定律
任何两个物体间都存在引力相互作用，其大小与两物体的质量乘积成正比，与两物体间距离的二次方成反比。
大学物理半导体教案
课时安排：2课时教学目标：1. 理解半导体的基本概念、导电性能及其应用。
2. 掌握半导体材料的特性，包括本征半导体、杂质半导体以及PN结的形成。
3. 理解PN结的单向导电特性，并学会分析二极管的基本电路。
4. 了解半导体三极管的结构、工作原理以及放大作用。
教学内容：一、半导体基础知识1. 半导体的定义、导电性能及其特点。
2. 本征半导体与杂质半导体的区别。
3. 半导体材料的能带结构。
二、PN结的形成与特性1. PN结的形成过程。
2. PN结的特性：单向导电性、反向截止特性。
3. PN结的伏安特性曲线。
三、半导体二极管1. 二极管的基本结构、符号及主要参数。
2. 二极管的伏安特性曲线及主要参数。
3. 二极管的应用电路：整流、稳压、限幅等。
四、半导体三极管1. 三极管的结构、符号及分类。
2. 三极管的工作原理：放大作用。
3. 三极管的放大电路：共发射极、共基极、共集电极。
教学过程：第一课时：一、导入新课1. 通过生活中的实例，如手机、电脑等，引入半导体的概念。
2. 提问：什么是半导体？它有哪些特点？二、讲授新课1. 半导体基础知识：介绍半导体的定义、导电性能及其特点。
2. 本征半导体与杂质半导体的区别：讲解本征半导体、杂质半导体以及能带结构。
三、课堂练习1. 让学生分析不同半导体材料的导电性能差异。
2. 讨论半导体的应用领域。
第二课时：一、复习导入1. 回顾上节课所学内容，提问：什么是PN结？PN结有哪些特性？二、讲授新课1. PN结的形成与特性：讲解PN结的形成过程、单向导电性、反向截止特性。
2. PN结的伏安特性曲线：分析PN结的伏安特性曲线，讲解其主要参数。
三、讲授新课1. 半导体二极管：介绍二极管的基本结构、符号及主要参数。
2. 二极管的伏安特性曲线及主要参数：分析二极管的伏安特性曲线，讲解其主要参数。
3. 二极管的应用电路：讲解整流、稳压、限幅等应用电路。
四、课堂练习1. 让学生分析二极管在电路中的作用。
《半导体物理第五章》课件
第六节：PN结的非平衡态
PN结非平衡态简析
简单剖析非平衡态下PN结的电压 -电流特性。
简单PN结非平衡态的VE特性 光电导效应的非平衡态
研究非平衡态下PN结的电压-电 流特性。
探究非平衡态下光电导效应在PN 结中的特点与应用。
探讨PN结太阳能电池的构造和独特特点。
3 PN结太阳能电池的主要性能参数
深入了解PN结太阳能电池的重要性能参数及其影响因素。
第五节：PN结的热平衡态
PN结的热平衡态简析
简要分析PN结的热平衡态及其 相关特性。
热平衡态下PN结的IV特性
详细讨论热平衡态下PN结的电 流-电压特性。
自扩散效应的热平衡 态
详细讨论电子和空穴在PN结中的运动方式。
光谱响应及其特征
探究PN结对光谱的响应，以及其特征与应用。
第二节：P-N结的动态响应
PN结的快速响应
探索PN结在快速响应方面的特性 与应用。
PN结快速开关电路
介绍PN结在快速开关电路中的工 作原理与应用。
鼓型PN结
研究鼓型PN结的结构和相关特点。
第三节：PN结的光探测器
1
光电导效应及其应用
深入解析光电导效应在光探测器中的应用。
2
光电二极管的工作原理
详细讨论光电二极管的工作原理和特性。
3及其在光能转换中的应用。
第四节：单晶硅PN结太阳能电池
1 太阳能电池的基本原理
详细介绍太阳能电池的基本原理和工作方式。
2 PN结太阳能电池的构造及其特点
《半导体物理第五章》 PPT课件
这是《半导体物理第五章》的PPT课件，旨在介绍半导体物理的相关知识。通 过本次分享，我们将深入探讨半导体的基本性质、动态响应、光探测器、太 阳能电池、热平衡态以及非平衡态等内容。
半导体物理器
特点：对于光学波，相邻两种不同原子的振动方向是相反的。原胞的质心保持不动，由此也可以定性的看出，波长很长的光学波（长光学波）代表原胞中两个原子的相对振动。
晶格振动能量的量子化 ---声子
电离杂质散射
平均自由时间与驰豫时间 载流子在电场中作漂移运动时，只有在连续两次散射之间的时间称为自由时间，取极多次而求平均值，则称之为载流子的平均自由时间，常用τ表示。
第一章 半导体物理基础
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方法：
1、本课程的主要内容
概述
01
02
1.1半导体中的电子状态
1.2载流子的统计分布
●导带电子浓度
（1-57）
其中
称为导带有效状态密度
●价带空穴密度
（1-60）
其中
称为价带有效状态密度
1.2载流子的统计分布
●导带电子浓度和价带空穴浓度之积
散射机构 平均自由时间与散射几率互为倒数。 晶格振动散射
2.载流子的散射
1.5载流子的输运
——扩散系数
（1-129）
（1-133）
扩散运动和扩散电流 电子扩散电流密度
流密度 空穴扩散电流密度 在漂移和扩散同时存在的情况下，空穴和电子的流密度分别为：
1.5载流子的输运
1.5载流子的输运
4. 电流密度
1.6非平衡载流子
3.修正的欧姆定律
其中：
分别称为电子和空穴的等效电导率。修正欧姆定律虽然在形式上和欧姆定律一致，但它包括了载流子的漂移和扩散的综合效应。
从修正欧姆定律可以看出，费米能级恒定（即 ）是电流为零的条件。处于热平衡的半导体，费米能级恒定。或者说，热平衡系统具有统一的费米能级。
1.6非平衡载流子
张宝林-《半导体物理》[课件-总结]-文档资料
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莲藕批发供货合同模板甲方（供货方）：__________地址：_____________________联系电话：_________________法定代表人：_______________身份证号码：______________乙方（采购方）：__________地址：_____________________联系电话：_________________法定代表人：_______________身份证号码：______________根据《中华人民共和国合同法》及相关法律法规的规定，甲乙双方本着平等自愿、诚实信用的原则，就莲藕的批发供货事宜，经协商一致，签订本合同，以资共同遵守。
第一条产品信息1. 产品名称：莲藕。
2. 规格型号：______________________。
3. 质量标准：符合国家相关标准及行业规定。
4. 包装要求：应符合运输及储存要求，确保产品在运输过程中不受损害。
第二条供货数量及价格1. 供货数量：乙方每次采购的莲藕数量为______吨，具体数量以乙方订单为准。
2. 单价：每吨莲藕的价格为人民币______元（含税），价格随市场波动可进行调整，双方应提前协商确定。
3. 总价：根据实际供货数量乘以单价计算。
第三条交货时间及地点1. 交货时间：甲方应在乙方下达订单后______天内完成供货。
2. 交货地点：乙方指定的地点，具体地址以乙方订单为准。
第四条运输方式及费用1. 运输方式：______________________。
2. 运输费用：由______方承担。
第五条质量验收1. 乙方在收到货物后______小时内进行验收，如发现质量问题，应在______小时内书面通知甲方。
2. 甲方在接到乙方通知后应及时处理，如确属甲方责任，甲方应负责更换或退货。
第六条付款方式及期限1. 付款方式：乙方应在收到货物并验收合格后______天内支付货款。
2. 付款期限：乙方应在合同约定的付款期限内支付全部货款。
chapt52半导体物理课件
俄歇复合的净复合率：
U = Ran+ Rap Gan Gap = rann2p + rapnp2 ranni2n rapni2p = ( np ni2 ) ( rann + rapp )
(5.81)
U = ( np ni2 ) ( rann + rapp )
(5.81)
代入 n = n0+Δn、p = p0 +Δp，令Δn =Δp，分小信号和 大信号两种情况，导出带间俄歇复合决定的τ=?
稳态分布 p( x) (p)0 e2x （2<0） (5.59)
过剩载流子分布指数衰减，衰减常数为1/ 2 。
▪ 弱场
Lp E p E p Lp
2
1 2 L2p
Lp E
L2p E 4L2p
1 Lp
▪ 强场
Lp E p E p Lp
单纯扩散
2
1 2L2p
Lp E
L2p E 4L2p
(5.81)
▪ 大信号 (Δn、Δp >> n0 + p0 )
大信号，Δn=Δp >> n0 + p0 ，即n = p =Δp ； 令Δn=Δp，代入(5.81)式，得：
U
(p 2
ni 2 )p(ran
rap )
p
式中
n
p
1 p 2 (ran
rap )
大信号，τ与注入相关，不是常数。
5.3.3 通过复合中心的复合(间接复合) ——半导体中主要的复合机构
扩散长度
考虑弱场情形，忽略漂移项， (5.49)式变成：
Dp
2 p x 2
p
p
0
(5.50)式称为扩散方程。一般解
大学物理(物理学第五版)下册期末复习范围PPT
在磁感应线圈中的磁场强度与穿过线圈的电流成正比，与线圈的匝数成正比。
用于计算磁场强度和电流之间的关系，是电磁学中的基本定律之一。
安培环路定律
安培环路定律的应用
安培环路定律的表述
1
2
3
当载流导体处于磁场中时，会受到力的作用，这个力被称为洛伦兹力。
载流导体在磁场中的受力
根据左手定则判断洛伦兹力的方向，洛伦兹力垂直于导体运动方向和磁感应线方向。
衍射条纹的形成
衍射现象在光学仪器、光谱分析和光学通信等领域有广泛应用。
衍射的应用
光的衍射
03
偏振的应用
光的偏振在光学仪器、显示技术和光学通信等领域有广泛应用。
01
光的偏振原理
光波的振动方向在垂直于其传播方向的平面内只沿一个特定的方向，这种性质称为光的偏振。
02
偏振现象的分类
根据光波的偏振状态，光的偏振可以分为线偏振、椭圆偏振和圆偏振。
电场与电场强度
掌握高斯定理的表述及其应用，理解电场线与电通量的关系。
总结词
高斯定理表述为通过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷的代数和除以真空介电常数。高斯定理在静电场中具有重要的应用，可以推导出电场分布、电势差等重要物理量。
详细描述
静电场中的高斯定理
理解电势的概念，掌握电势的计算方法，理解电势差与电场强度的关系。
总结词
详细描述
自感与互感
磁场能量与磁能密度
描述磁场中所蕴含的能量。
总结词
磁场能量是指磁场中所蕴含的能量，其密度与磁感应强度的平方成正比。磁能密度是描述单位体积内的磁场能量，是磁感应强度和磁场能量的乘积。在电磁感应过程中，磁场能量的储存和释放会对电路中的电流产生影响。
《现代半导体物理》课件
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微电子应用
微电子技术在计算机、通信、 航空航天、医疗等领域有广泛 应用。
光电子技术
光电子技术概述
光电子技术是利用光子进行信息处理和传输的一 种技术。
光探测器
光探测器是用于探测光的强度、波长和方向的电 子器件。
激光器
激光器是产生激光的光电子器件，具有高亮度、 单色性好、方向性强等优点。
光电子应用
光电子技术在通信、信息处理、医疗、军事等领 域有广泛应用。
详细描述
当电子从高能级回落到低能级时，会释放出能量，以光子的 形式释放出来，这就是半导体的光发射。光发射的类型包括 自发发射和受激发射，其中受激发射需要外部能量激发。
半导体的光散射
总结词
解释半导体的光散射现象及其产生原因 。
VS
详细描述
当光在半导体中传播时，会受到原子或分 子的影响，发生散射现象。散射的程度与 半导体的微观结构和入射光的波长等因素 有关。散射现象对于光的传播和半导体光 学性质的研究具有重要意义。
电导系数
电导系数是描述材料导电能力 的物理量。对于半导体，其电 导系数取决于载流子浓度和迁 移率。
半导体中的光电导
光电导定义
光电导是指材料在光照条件下，吸收光子能量后产生电子-空穴对，从而增加电导的现象。
光电导机制
当光照射在半导体上时，光子能量大于半导体禁带宽度的光子能够激发电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。 这些电子和空穴在电场作用下发生定向移动，形成电流。
半导体中的电子状态
总结词
半导体中的电子状态
详细描述
在半导体中，电子的状态可以通过能级和波函数来描述。在绝对零度时，价电子 被束缚在原子内部，形成满带。当温度升高或受到光照时，部分体中的载流子
高等半导体物理讲义
精品文档高等半导体物理课程内容（前置课程：量子力学，固体物理）第一章能带理论，半导体中的电子态第二章半导体中的电输运第三章半导体中的光学性质第四章超晶格，量子阱前言：半导体理论和器件发展史1926 Bloch 定理1931 Wilson 固体能带论（里程碑）1948 Bardeen, Brattain and Shokley 发明晶体管，带来了现代电子技术的革命，同时也促进了半导体物理研究的蓬勃发展。
从那以后的几十年间，无论在半导体物理研究方面，还是半导体器件应用方面都有了飞速的发展。
1954半导体有效质量理论的提出，这是半导体理论的一个重大发展，它定量地描述了半导体导带和价带边附近细致的能带结构，给出了研究浅能级、激子、磁能级等的理论方法，促进了当时的回旋共振、磁光吸收、自由载流子吸收、激子吸收等实验研究。
1958 集成电路问世1959 赝势概念的提出，使得固体能带的计算大为简化。
利用价电子态与原子核心态正交的性质，用一个赝势代替真实的原子势，得到了一个固体中价电子态满足的方程。
用赝势方法得到了几乎所有半导体的比较精确的能带结构。
1962 半导体激光器发明1968 硅MOS器件发明及大规模集成电路实现产业化大生产1970 * 超晶格概念提出，Esaki (江歧), Tsu （朱兆祥）* 超高真空表面能谱分析技术相继出现，开始了对半导体表面、界面物理的研究1971 第一个超晶格Al x Ga1-x As/GaAs 制备，标志着半导体材料的发展开始进入人工设计的新时代。
1980 德国的V on Klitzing发现了整数量子Hall 效应——标准电阻1982 崔崎等人在电子迁移率极高的Al x Ga1-x As/GaAs异质结中发现了分数量子Hall 效应1984 Miller等人观察到量子阱中激子吸收峰能量随电场强度变化发生红移的量子限制斯塔克效应，以及由激子吸收系数或折射率变化引起的激子光学非线性效应，为设计新一代光双稳器件提供了重要的依据。
大学物理课件半导体基础 共94页PPT资料
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(1-3)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有 不同于其它物质的特点。例如：
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。
势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时， 就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出 的电容是势垒电容。
-N
扩散电容：为了形成正向电流
+
（扩散电流），注入P 区的少子
P
（电子）在P 区有浓度差，越靠
近PN结浓度越大，即在P 区有电
子的积累。同理，在N区有空穴的
积累。正向电流大，积累的电荷
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。
(1-8)
二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价 电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有 可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电 能力为 0，相当于绝缘体。
i
iL
稳压管的技术参数:
UzW10V,Izmax20mA, ui
R
DZ
iZRL uo
Izmin5mA
负载电阻 RL 2k。要求当输入电压由正常值发
生20%波动时，负载电压基本不变。
求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。
大学物理课件半导体基础
第一章
半导体器件
(1-1)
第一章 半导体器件
§ 1.1 半导体的基本知识 § 1.2 PN 结及半导体二极管 § 1.3 特殊二极管 § 1.4 半导体三极管 § 1.5 场效应晶体管
(1-2)
§1.1 半导体的基本知识
1.1.1 导体、半导体和绝缘体
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。
的扩散受抑制。少子漂
移加强，但少子数量有
限，只能形成较小的反
向电流。
+
N
内电场
外电场
R
E
(1-25)
2.1.3 半导体二极管
一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
பைடு நூலகம்触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
二极管的电路符号： P
面接触型
N
(1-26)
二、伏安特性
I
死区电压 硅管 0.6V,锗管0.2V。
反向击穿 电压UBR
导通压降: 硅管0.6~0.7V, 锗管0.2~0.3V。
U
(1-27)
三、主要参数 1. 最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大 正向平均电流。
2. 反向击穿电压UBR
二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电 流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至 过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电 压UWRM一般是UBR的一半。
集电极
N
B
P
基极
N
集电极 C PNP型
P
B
N
基极
P
E
发射极
E
半导体物理(第五版)答案详解
半导体物理习题答案详解第一章习题1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近能量E V (k)分别为：E c =0220122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V -=-+ 0m 。
试求：为电子惯性质量，nm a ak 314.0,1==π（1）禁带宽度;（2） 导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量;（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1）eV m k E k E E E k m dk E d k m kdk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43(0,060064338232430)(2320212102220202020222101202==-==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带：取极小值处，所以：在又因为：得：由导带：043222*83)2(1m dk E d mk k C nC===sN k k k p k p m dk E d mk k k k V nV/1095.7043)()()4(6)3(25104300222*11-===⨯=-=-=∆=-== 所以：准动量的定义：2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
解：根据：tkhqE f ∆∆== 得qE k t -∆=∆sat sat 137192821911027.810106.1)0(1027.810106.1)0(----⨯=⨯⨯--=∆⨯=⨯⨯--=∆ππ补充题1分别计算Si （100），（110），（111）面每平方厘米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各晶面内原子的位置和分布图）Si 在（100），（110）和（111）面上的原子分布如图1所示：（a ）(100)晶面 （b ）(110)晶面（c ）(111)晶面补充题2一维晶体的电子能带可写为)2cos 81cos 87()22ka ka ma k E +-= （， 式中a 为 晶格常数，试求（1）布里渊区边界； （2）能带宽度；（3）电子在波矢k 状态时的速度；（4）能带底部电子的有效质量*n m ；（5）能带顶部空穴的有效质量*p m解：（1）由0)(=dk k dE 得 an k π= （n=0，±1，±2…） 进一步分析an k π)12(+= ，E （k ）有极大值，214221422142822/1083.7342232212414111/1059.92422124142110/1078.6)1043.5(224141100cm atom a a a cm atom a a a cm atom a a ⨯==⨯+⨯+⨯⨯==⨯⨯+⨯+⨯=⨯==⨯+-）：（）：（）：（222)mak E MAX=（ ank π2=时，E （k ）有极小值所以布里渊区边界为an k π)12(+=(2)能带宽度为222)()ma k E k E MIN MAX =-（ (3）电子在波矢k 状态的速度)2sin 41(sin 1ka ka ma dk dE v -== （4）电子的有效质量)2cos 21(cos 222*ka ka mdkEd m n-==能带底部 an k π2=所以m m n 2*= (5)能带顶部 an k π)12(+=， 且**n p m m -=，所以能带顶部空穴的有效质量32*mm p =半导体物理第2章习题1. 实际半导体与理想半导体间的主要区别是什么？答：（1）理想半导体：假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
大学物理第五版下册1512半导体-文档资料
较 大
满 带
6
非满带
第十五章
满 带
量子物理
物理学
第五版
*15-12 半 导 体
二
本征半导体和杂质半导体
锗晶体中的正常键
G
e
1 本征半导体：纯净的无杂质的半导体
电子
e
Eg
G G
e
导带
e
G G
e
e
G G
e
e
G G
e
e
禁带 满带
空穴
第十五章
电子被激发，晶体中出现空穴
e
G
e
G
e
eG
G
e
G
e
e
物理学
第五版
*15-12 半 导 体
四 光生伏特效应
eP e
e
n
e
光
γ e e
这种由光的照射，使 pn 结产生电动势 的现象，叫做光生伏特效应 .
第十五章 量子物理
12
晶 体 的 能 带
E
空带
导 带
Eg
价带
（非满带）
禁 带
导 带
Eg
禁 带
价带
（满带）
第十五章
量子物理
5
物理学
第五版
*15-12 半 导 体
导体、半导体和绝缘体的比较
导体 电阻率
(Ω m)
半导体
4
绝缘体
10 ~ 10
8
10 ~10
4
8
10 ~10
负
8
20
温度系数 禁 价 带 带
正
负 较 小
物理学
半导体物理3
李现常
半导体物理学
一．绪论 二．固体物理导论 三．半导体中的电子状态 四．半导体中杂质和缺陷能级 五．半导体中载流子的统计分布 六．半导体的导电性 七．非平衡载流子 八．pn结
九．金属和半导体的接触
一○．半导体表面与MIS结构 一一．半导体异质结构
电子的有效质量
半导体的导电机构
半导体物理学
一．绪论 二．固体物理导论 三．半导体中的电子状态 四．半导体中杂质和缺陷能级 五．半导体中载流子的统计分布 六．半导体的导电性 七．非平衡载流子 八．pn结
九．金属和半导体的接触
一○．半导体表面与MIS结构 一一．半导体异质结构
半导体中杂质和缺陷能级
• 1、硅、锗晶体中的杂质能级
• 2、III－V族化合物中的杂质能级
• 3、缺陷、位错能级
GaAs中的杂质
GaAs中的杂质
半导体中杂质和缺陷能级
• 1、硅、锗晶体中的杂质能级
• 2、III－V族化合物中的杂质能级
• 3、缺陷、位错能级
3.1 点缺陷
3.1 点缺陷
3.2 线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ陷-位错
半导体物理学
一．绪论 二．固体物理导论 三．半导体中的电子状态 四．半导体中杂质和缺陷能级 五．半导体中载流子的统计分布 六．半导体的导电性 七．非平衡载流子 八．pn结
• 3、缺陷、位错能级
• 1、硅、锗晶体中的杂质能级 • 1.1替位式杂质和间隙式杂质
如图所示为一晶格常数为a的Si晶胞，求： （a）Si原子半径 （b）晶胞中所有Si原子占据晶胞的百分比
1 1 3 a 解：（a） r ( 3a) 2 4 8
4 3 8 r 3 3 （b） 0.34 3 a 16
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Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
施主能级
导 带 施主能级 价 带
空穴型（简称 p 型）半导体
三价原子硼掺入四价锗晶体中，
空穴环绕 B 离子运动
空穴
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
B
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
受主能级
导 带
受主能级 价 带
三 pn 结
pn 结 的 伏 安 特 性 曲 线
pn
I
IU
pn
N 3s
6N 2 p
每个能带容纳 2(2l1)N 个电子
2N 2s
2N 1s
实验表明:
一个能带中最高能级与最低能级之间
的间隔一般不超过 102eV 的数量级 , 由于 原子数 N的数量级为 1019mm3,所以一个
能带中相邻能级间间隔约为
120 eV1/9 1 1 0 0 17 eV
晶体的能带
E
U
U I
p
e e
n
e e
p -----偶-----电层+++++ +++++ n
空穴
电子
x0
动平衡时 p 型与 n 型接触区域的电势变化
U0
x
x0
四 光生伏特效应
eP e
e n e
光
γe e
这种由光的照射，使 pn 结产生电动势 的现象，叫做光生伏特效应 .
Eg
e
禁带 满带
空穴
锗晶体中的正常键
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
电子被激发，晶体中出现空穴
e
Ge
Ge
Ge
Ge
Ge
G eeG e
Ge
Ge
2 杂质半导体 电子型（简称 n 型）半导体
五价原子砷掺入四价硅中，多余的
价电子环绕
A
s
离子运动
Si
Si
e
Si Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
A
s
Si
Si
一 固体的能带
完全分离的两个氢原子能级
2p
2p
2s
2s
1s
e A +e
1s
e
+e B
两个氢原子靠 得很近时的能级分裂
E
2p
2s
O
1s r
E
固态晶 体的能带
O
六个氢原子靠 得很近时的能级分裂
E
2s
1s
O
r
2srBiblioteka 每个能级有 2(2l1) 个
金属钠的各 能带上电子的分布
量子态
3p
每个能级容纳 2(2l 1) 个电子
空带
导
Eg
禁 带
带
Eg
价带
（非满带）
导 带
禁 带
价带
（满带）
导体、半导体和绝缘体的比较
导体 半导体
电阻率
(Ω m)
108 ~104 104 ~108
温度系数 正
负
绝缘体
108 ~1020
负
禁带 价 带 非满带
较小 满带
较大 满带
二 本征半导体和杂质半导体
1 本征半导体：纯净的无杂质的半导体
电子
e 导带