2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)1.元素半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)xyz價(jià)帶極大值

位于布里淵區(qū)的中心（K=0）

存在極大值相重合的兩個(gè)價(jià)帶

外面的能帶曲率小，對(duì)應(yīng)的有效質(zhì)量大，稱該能帶中的空穴為重空穴。內(nèi)能帶的曲率大，對(duì)應(yīng)的有效質(zhì)量小，稱此能帶中的空穴為輕空穴。

禁帶寬度Eg隨溫度增加而減小且Si：dEg/dT=-2.8×10-4

eV/K

Ge:dEg/dT=-3.9×10-4eV/KEg:

T=0:Eg(Si)=0.7437eV

Eg(Ge)=1.170eVGe、Si能帶結(jié)構(gòu)的主要特征

多能谷結(jié)構(gòu)：鍺、硅的導(dǎo)帶分別存在四個(gè)和六個(gè)這種能量最小值，導(dǎo)帶電子主要分布在這些極值附近，通常稱鍺、硅的導(dǎo)帶具有~。

間接帶隙半導(dǎo)體：

硅和鍺的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂在k

空間處于不同的k

值。III－V族化合物的能帶結(jié)構(gòu)GaAs的能帶結(jié)構(gòu)閃鋅礦結(jié)構(gòu)EGaAsEg0·36eVLΓX[111][100]導(dǎo)帶有兩個(gè)極小值：一個(gè)在k=0處，為球形等能面，另一個(gè)在[100]方向，為橢球等能面，能量比k=0處的高0.36eV，價(jià)帶頂也在坐標(biāo)原點(diǎn)，k=0，球形等能面，也有兩個(gè)價(jià)帶，存在重、輕空穴。GaAs的導(dǎo)帶的極小值點(diǎn)和價(jià)帶的極大值點(diǎn)位于K空間的同一點(diǎn)，這種半導(dǎo)體稱為直接帶隙半導(dǎo)體。銻化銦的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)帶極小值在k=0處,球形等能面,mn*=0.0135m0

非拋物線型

價(jià)帶包含三個(gè)能帶：重空穴帶V1

輕空穴帶V2

能帶V3（L-S耦合）20K時(shí)

輕空穴有效質(zhì)量

0.016m0沿[111]0.44m0沿[110]0.42m0沿[100]0.32m0重空穴有效質(zhì)量?jī)r(jià)帶頂在k=0III-V族能帶結(jié)構(gòu)的主要特征能帶在布里淵區(qū)中心簡(jiǎn)并，一重空穴帶、輕空穴帶及第三個(gè)能帶（L－S）價(jià)帶極大值稍偏離布里淵區(qū)中心導(dǎo)帶極小值在[100]、[111]方向和布里淵區(qū)中心導(dǎo)帶電子的有效質(zhì)量不同重空穴有效質(zhì)量相差很少原子序數(shù)較高的化合物，禁帶寬度較窄III－V族混合晶體的能帶結(jié)構(gòu)GaAs1-xPx的Eg與組分的關(guān)系連續(xù)固溶體