资源描述
晶体的分类,多晶单晶：整个固体中排列有序,晶胞（结晶学原胞）：为反映对称性选取的最小重复单元的几倍晶胞的边长称为晶格常数,原胞（固体物理学原胞）：最小重复单元每个原胞只有一个格点,晶向指数：晶面的法向指数密勒指数：在晶胞坐标轴上的截距的倒数的互质整数比,物质的波粒二相性,预备知识,习题1.面心立方结构的单晶体晶格常数是a=4.75A，求原子的体密度。2.已知硅材料的晶格常数a=5.43A,求单位体积原子个数。3.确定如图所示晶胞中的晶面的密勒指数。4.计算以1105m/s运动的自由电子的动量和德布罗意波长。,第一章半导体中的电子状态,晶体结构与共价键,金刚石型结构,闪锌矿型结构,纤锌矿型结构,氯化钠型结构,1.1节,1.能级与能带,电子在原子核势场和其他电子作用下分列在不同能级,相邻原子壳层形成交叠,原子相互接近形成晶体,共有化运动,共有化运动：由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动只有外层电子共有化运动最显著,1.2节,能级分裂,能带形成,满带或价带,导带,2.半导体中电子状态和能带,晶体中的电子,VS,自由电子,Difference?,严格周期性重复排列的原子间运动,恒定为零的势场中运动,单电子近似：晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其他大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期变化的，并且它的周期与晶格周期相同。,E(k)与k的关系,简约布里渊区,E和k的关系,能带,简约布里渊区,E和k的关系,能带,0,k,0,k,电子能量,E(k)随晶体中周期性变化势场影响形式复杂,能量,k空间内环绕原点的一个有限区域，一般称为简约布里渊区，允带出现在以下几个区（布里渊区）第一：第二：第三：,整个k空间,标志区域,k只能取有限多个分立值,k可取任意的连续值，自由电子可以在整个空间内运动,波矢K,几率不相同，有周期性周期函数的周期与晶格周期相同,空间各处几率相同,波函数,共有化运动的电子,自由电子,3.导体、绝缘体和半导体的能带,(a)绝缘体(b)半导体(c)导体,1.半导体中E(k)与k的关系,（能带极值附近）,2.半导体中电子的平均速度,（能带极值附近）,3.半导体中电子的加速度,（能带极值附近）,4.空穴,正电荷q和正有效质量,1.31.4节,1.半导体中的电子运动,2.有效质量的意义：,f,a,1、概括了半导体内部势场的作用2、a是半导体内部势场和外电场作用的综合效果3、直接将外力与电子加速度联系起来,1.5节,回旋共振第一次直接测出有效质量,有效质量为,电子的回旋频率为,1.硅和锗的能带结构,1.61.8节,硅和锗的导带极值的确定位置：硅的导带极值位于方向的布里渊区中心到布里渊区边界的0.85倍处。锗的导带极值极小值位于方向的边界上，共有八个。极值附近等能面为沿方向旋转的八个旋转椭球,硅和锗的价带极值的确定位置：价带顶位于k=0，即在布里渊区的中心,硅、锗沿111和100方向上的能带结构图,2.砷化镓能带结构,极小值k=0处，等能面为球面=0.067m0,价带中心简并,砷化镓的能带结构,重空穴带V1，轻空穴带V2,自旋轨道耦合,(1)导带,(2)价带,禁带宽度随T而。Eg(0)：T=0K时禁带宽度,3.禁带宽度,半导体的禁带宽度是随温度变化的。,T=0K时,EgSi=1.170eV，EgGe=0.7437eV,随着温度升高，,习题,P43习题1；P43习题2；,补充习题,补充习题,3.右图为能量曲线E(k)的形状，试回答：,（1）在、三个带中，哪一个带的电子有效质量数值最小？,-/a,/a,P13图1-10(c),补充习题,（2）在考虑、两个带充满电子，而第个带全空的情况，如果少量电子进入第个带，在带中产生同样数目的空穴，那么带中的空穴有效质量同带中的电子有效质量相比，是一样、还是大或小？,对同一状态：,在带带顶附近：,在带带顶附近：,即：电子有效质量比空穴有效质量小,1、n型半导体施主杂质电离，施放电子到导带而产生导电电子并形成正电中心有EDEg2、p型半导体特征：受主杂质电离，接受电子成为负电中心并产生空穴在价带；有EAEg,Impurity-dopedSilicon,第二章半导体中杂质和缺陷能级,1.浅杂质能级,所处位置不同：替位式杂质、间隙式杂质,2.浅能级杂质电离能的计算,其中,3.杂质的补偿作用,当NDNA时，n=ND-NANDn型半导体当NAND时，p=NA-NDNAp型半导体,4.深能级杂质,非III、族杂质在硅锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远，产生的受主能级距离价带顶也较远。,5.缺陷与位错,点缺陷热缺陷位错线缺陷（刃位错）,习题（作业）,P48习题7（1）,
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