半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu)ppt課件_第1頁
半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu)ppt課件_第2頁
半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu)ppt課件_第3頁
半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu)ppt課件_第4頁
半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu)ppt課件_第5頁
已閱讀5頁,還剩19頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論第七章 半導(dǎo)體電子論 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 一種特殊的固體材料一種特殊的固體材料固體能帶理論的發(fā)展固體能帶理論的發(fā)展 半導(dǎo)體的研究起到了推動(dòng)作用半導(dǎo)體的研究起到了推動(dòng)作用半導(dǎo)體材料與技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展半導(dǎo)體材料與技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展 固體物理研究的深度與廣度產(chǎn)生了推進(jìn)作用固體物理研究的深度與廣度產(chǎn)生了推進(jìn)作用01/ 2407_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論半導(dǎo)體半導(dǎo)體電子的運(yùn)動(dòng)是多樣化的電子的運(yùn)動(dòng)是多樣化的材料性質(zhì)材料性質(zhì)與雜質(zhì)與雜質(zhì)_光照光照_溫度溫度_壓力壓力等因素有密切關(guān)系等因素有密切關(guān)系半導(dǎo)體物理的研究半導(dǎo)體物理的研究 進(jìn)一步揭示材料中電子

2、各種形式的運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步揭示材料中電子各種形式的運(yùn)動(dòng) 闡明電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律闡明電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論07_01 半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 一般溫度下一般溫度下_熱激發(fā)使價(jià)帶頂部有少量的空穴熱激發(fā)使價(jià)帶頂部有少量的空穴 導(dǎo)帶底部有少量的電子導(dǎo)帶底部有少量的電子載流子載流子 電子和空穴決定了半導(dǎo)體導(dǎo)電能力電子和空穴決定了半導(dǎo)體導(dǎo)電能力07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論1 半導(dǎo)體的帶隙半導(dǎo)體的帶隙gEgEc2gEc20本征光吸收本征光吸收 光照將價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中光照將價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中 形成電子形成電子 空穴對空穴對光子能量滿

3、足光子能量滿足長波極限長波極限本征吸收邊本征吸收邊 發(fā)生本征光吸收的最大光的波長發(fā)生本征光吸收的最大光的波長07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論2 本征邊附近光的躍遷本征邊附近光的躍遷 1) 豎直躍遷豎直躍遷 直接帶隙半導(dǎo)體直接帶隙半導(dǎo)體 電子吸收光子從價(jià)帶頂電子吸收光子從價(jià)帶頂 躍遷到導(dǎo)帶底躍遷到導(dǎo)帶底 形狀形狀k kkk能量能量_動(dòng)量守恒動(dòng)量守恒gphotonEkkp812210 cma光子的波矢光子的波矢 05/ 2407_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論 躍遷的過程中躍遷的過程中_電子的波矢可以看作是不變的電子的波矢可以看作是不變的kk準(zhǔn)動(dòng)量守恒的選擇定則準(zhǔn)動(dòng)量守恒的

4、選擇定則 電子初態(tài)和末態(tài)幾乎在一條豎直線上電子初態(tài)和末態(tài)幾乎在一條豎直線上 價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底處于價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底處于 k 空間的同一點(diǎn)空間的同一點(diǎn) 豎直躍遷豎直躍遷直接帶隙半導(dǎo)體直接帶隙半導(dǎo)體GaAsInSb07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論2) 非豎直躍遷非豎直躍遷 間接帶隙半導(dǎo)體間接帶隙半導(dǎo)體kE 電子吸收光子的同時(shí)電子吸收光子的同時(shí) 伴隨吸收或發(fā)出一個(gè)聲子伴隨吸收或發(fā)出一個(gè)聲子kk 且且 過程滿足能量守恒過程滿足能量守恒能量守恒能量守恒 電子吸收光子從價(jià)帶頂電子吸收光子從價(jià)帶頂 躍遷到導(dǎo)帶底躍遷到導(dǎo)帶底 形狀形狀kk07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論動(dòng)量守恒動(dòng)量守恒p

5、hotonkkpqkkq kE 能量守恒能量守恒 聲子的準(zhǔn)動(dòng)量聲子的準(zhǔn)動(dòng)量 與電子的相仿與電子的相仿BTkeV210聲子的能量聲子的能量 忽略不計(jì)忽略不計(jì)kE 不計(jì)光子的動(dòng)量不計(jì)光子的動(dòng)量07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論非豎直躍遷非豎直躍遷 二級(jí)過程,發(fā)生幾率比起豎直躍遷小得多二級(jí)過程,發(fā)生幾率比起豎直躍遷小得多,Ge Si零帶隙半導(dǎo)體零帶隙半導(dǎo)體 帶隙寬度帶隙寬度為零為零Sn 非豎直躍遷過程中非豎直躍遷過程中 光子提供電子躍遷所需的能量光子提供電子躍遷所需的能量 聲子提供電子躍遷所需的動(dòng)量聲子提供電子躍遷所需的動(dòng)量kEkkq 間接帶隙半導(dǎo)體間接帶隙半導(dǎo)體07_01_半導(dǎo)體的基本

6、能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論本征光吸收本征光吸收電導(dǎo)率和溫度的關(guān)系電導(dǎo)率和溫度的關(guān)系電子空穴對復(fù)合發(fā)光電子空穴對復(fù)合發(fā)光本征光吸收的逆過程本征光吸收的逆過程帶隙寬度的測量帶隙寬度的測量 導(dǎo)帶底的電子躍遷導(dǎo)帶底的電子躍遷 到價(jià)帶頂?shù)目漳芗?jí)到價(jià)帶頂?shù)目漳芗?jí) 發(fā)出能量約為發(fā)出能量約為 帶隙寬度的光子帶隙寬度的光子10/ 2407_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論0032200011( )()( ) ()( ) ()2iikkiikkiE kE kE kkkE kkk 3 帶邊有效質(zhì)量帶邊有效質(zhì)量 半導(dǎo)體基本參數(shù)之一半導(dǎo)體基本參數(shù)之一 導(dǎo)帶底附近電子的有效質(zhì)量導(dǎo)帶底附近電子的有效質(zhì)量 價(jià)帶頂附近空穴

7、的有效質(zhì)量價(jià)帶頂附近空穴的有效質(zhì)量將電子能量將電子能量 按極值波矢按極值波矢 展開展開)(kE0k0)(0kkkE在極值在極值 處,能量具有極值處,能量具有極值0k07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論0000220222022202( )( )1()()21()()21() ()2xyzkxxxkyyykzzzE kE kEkkkEkkkEkkk0032200011( )()( ) ()( ) ()2iikkiikkiE kE kE kkkE kkk 07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論有效質(zhì)量有效質(zhì)量222222222*/000/000/000000zyxzyxkEkEk

8、Emmm20*220*220*20)(2)(2)(2)()(zzzyyyxxxkkmkkmkkmkEkE00022222200002221( )( )() ()()()() () 2xyzkxxkyykzzxyzEEEE kE kkkkkkkkkk07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論有效質(zhì)量的計(jì)算有效質(zhì)量的計(jì)算)(ruenkrk ink)()()()(22ruekEruerVmpnkrk innkrk i動(dòng)量算符動(dòng)量算符 作用于布洛赫函數(shù)作用于布洛赫函數(shù)pi )()2(2222rukpkpepnkrk ink 微擾法微擾法pk第第n個(gè)能帶電子的波函數(shù)個(gè)能帶電子的波函數(shù)滿足滿足)()(

9、rukpepnkrk ink 布洛赫波布洛赫波07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論)(2)()()(2(222rumkkErumpkrVmpnknnk 方程的解為晶格周期性函數(shù)方程的解為晶格周期性函數(shù)( )nE k求解方程求解方程 & 利用周期性函數(shù)解的條件利用周期性函數(shù)解的條件布里淵區(qū)其它任一點(diǎn)布里淵區(qū)其它任一點(diǎn) 的解可以用的解可以用 來表示來表示 k0nku如果已知如果已知 處的解處的解0k0knu得到電子的全部能量得到電子的全部能量微擾法的思想微擾法的思想pk15/ 2407_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論)()0()()(2002ruErurVmpnnn布里

10、淵區(qū)中心布里淵區(qū)中心00k用微擾法求用微擾法求 附近的附近的00k)(kEn)()(00ruruennkrk in)0(nE和和滿足的方程滿足的方程)(2)()()(2222rumkkErumpkrVmpnknnk已知晶體中電子在已知晶體中電子在 的所有狀態(tài)的所有狀態(tài)00k07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論22000( )02( )nnHV rkmur )(2)()()(2222rumkkErumpkrVmpnknnk)(00runn零級(jí)波函數(shù)零級(jí)波函數(shù))(ruenkrk inkmpk 微擾項(xiàng)微擾項(xiàng)標(biāo)記為標(biāo)記為0n), 0()0(), 0(0ruEruHnnn07_01_半導(dǎo)體的基

11、本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論 假設(shè)能帶是非簡并情況假設(shè)能帶是非簡并情況(1)( )00nk pEknnm(1)( )00nkEknp nm)(2)()()(2222rumkkErumpkrVmpnknnk能量一級(jí)修正能量一級(jí)修正 為為 的一次項(xiàng)的一次項(xiàng) k由于由于 20*220*220*20)(2)(2)(2)()(zzzyyyxxxkkmkkmkkmkEkE(1)( )0nEk07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論)(2)()()(2222rumkkErumpkrVmpnknnk2(2)20000( )(0)(0)ijnijijnnnnp nnp nEkk kmEE22220000( )

12、(0)2(0)(0)ijnnijijnnnn p nnp nkE kEkkmmEE能量二級(jí)修正能量二級(jí)修正k pHm,1, 2,3i j 07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論選擇選擇 為主軸方向?yàn)橹鬏S方向zyxkkk,2*22*22*2222)0()(zzyyxxkmkmkmEkE22220000( )(0)2(0)(0)ijnnijijnnnnp nnp nkE kEk kmmEE比較比較222220000( )(0)2(0)(0)iinniinnnnp nnp nkE kEkmmEE20/ 24 消去交叉項(xiàng)消去交叉項(xiàng)07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論*20000112

13、(0)(0)iininnnp nnp nmmmEE諸多的諸多的 中如果存在一個(gè)態(tài)中如果存在一個(gè)態(tài)0n00inp n 不為零不為零(0)(0)nnEE 很小很小將起主要作用將起主要作用 導(dǎo)帶導(dǎo)帶點(diǎn)附近的有效質(zhì)量點(diǎn)附近的有效質(zhì)量 主要作用是價(jià)帶主要作用是價(jià)帶 _ 導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂能量差最小導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂能量差最小 只保留起主要作用的一項(xiàng)只保留起主要作用的一項(xiàng)_分母能量差是帶隙寬度分母能量差是帶隙寬度 帶隙寬度越小帶隙寬度越小_有效質(zhì)量越小有效質(zhì)量越小有效質(zhì)量有效質(zhì)量07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論幾種半導(dǎo)體材料的帶隙寬度與有效質(zhì)量幾種半導(dǎo)體材料的帶隙寬度與有效質(zhì)量 GaAs1.5 eV0.07 m21InP1.3 eV0.07 m19GaSb0.8 eV0.04 m17InAs0.46 eV0.02 m23InSb0.26 eV0.013 m20(0)gETK(/*)gm mE*mMaterial07_01_半導(dǎo)體的基本能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體電子論的情況的情況00k使使 總是沿著對稱軸的方向總是沿著對稱軸的方向111等)等)0k0000*200112()()iininnnkp n kn kp nkmmmEkEk 有效質(zhì)量往往是各向異性的有效質(zhì)量往往是各向異性的lm 沿著對稱軸方向的有效質(zhì)量稱為縱有效質(zhì)量沿著對稱軸方向的有效質(zhì)量稱為縱有效質(zhì)量tm 垂直于對

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論