第一章-半导体中的电子状态.pptx

会计学半导体物理学课程考核办法:
本课采用闭卷笔试的考核办法。
总评成绩构成比例为：平时成绩30%；期末考试70%半导体中的电子状态（chap1）
半导体中杂质和缺陷能级（chap2）
半导体中载流子的统计分布（chap3）
半导体的导电性（chap4）
非平衡载流子（chap5）
pn结（chap6）
金属和半导体的接触（chap7）
半导体表面与MIS结构（chap8）
半导体的光学性质和光电与发光现象（chap10）
非晶态半导体（chap13）一、学习《半导体物理》的意义
作为信息产业强大基础的微电子技术正在迅速成长，同时带动了一批相关产业的崛起和发展。微电子技术比以往任何时候都显示出为世人瞩目的重要性。近年来，我国制定了发展微电子技术的各项优惠政策，世界半导体设计与制造中心正快速地向中国大陆转移，一批投资上百亿的集成电路制造厂在中国相继投产。可以预期，我国必将成为微电子强国。半导体物理和半导体器件的相关知识是微电子技术的基础，掌握该知识对从事相关的技术工作非常重要。二、本课程在专业培养目标中的定位与课程目标
《半导体物理学》作为电子科学与技术专业的骨干课程之一，理论性和系统性较强，通过该课程的学习，使学生能较全面的掌握半导体物理的基础知识，基本概念，基本理论和基本方法，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力，为学习后续的《微电子器件物理》和《微电子器件与集成电路工艺》和《集成电路设计基础》等其他专业课程的打下坚实的基础。同时学好这门课程对了解半导体行业未来的发展都是非常重要的。微电子学研究领域固体材料分成：超导体、导体、半导体、绝缘体//第一章半导体中的电子态
1.1半导体的晶格结构和结合性质
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有效质量
1.4本征半导体的导电机构孔穴
1.6硅、锗的能带结构
1.7Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构
1.8Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体的能带结构
1.9Si1-xGex合金的能带结构
1.1半导体的晶格结构和结合性质第一章半导体中的电子状态无定型1.1半导体的晶格结构和结合性质1.1半导体的晶格结构和结合性质1.1半导体的晶格结构和结合性质1.1半导体的晶格结构和结合性质1.1半导体的晶格结构和结合性质例题[100]1.1半导体的晶格结构和结合性质
2.金刚石晶体结构和共价键
（Si：a=5.43A;Ge:a=5.66A;-SiC:a=4.35A，金刚石a=3.567A等）
每一个Si(或Ge)原子有四个近邻原子，构成四个共价键。补充作业：作业题1

作业题2（100）作业题31.1半导体的晶格结构和结合性质钎锌矿结构闪锌矿和纤锌矿结构原子的能级和晶体的能带半导体中电子的状态和能带
导体、半导体、绝缘体的能带1.2半导体中的电子状态和能带
原子的能级和晶体的能带原子的能级和晶体的能带例：半导体Si的能带结构的形成半导体Si的能带形成示意图n=1和n=2的两个较深的能带是满带。考虑n=3的能带，3s有两个量子态，3p有6个量子态，N个Si原子形成固体时，随着原子间距的减少，3s和3p互相作用并产生交迭，在平衡态的原子间距位置产生能带分裂，但每个原子中有四个量子态处于较底能带，4个量子态则处于较高能带。T=0k时，能量较低的价带是满带，能量较高的导带是空带。价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带
导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带
禁带：导带底与价带顶之间能带
带隙：导带底与价带顶之间的能量差
自由电子
一维薛定谔波动方程

采用分离变量法可以将波函数写成分别与时间和坐标有关的函数。沿+x方向传播的平面波自由空间，k连续的，动量连续，能量连续。

决定自由电子状态的是波矢三个量子数，可以取任意大小，任意方向，无限制，一个E值可对应于无穷多个，但是一个只对应于一个E和一个Ψ。单电子近似：
晶体中某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场以及其它大量电子的平均势场中运动。该势场也为周期性的，且与晶格周期相同，即：1.晶体中薛定谔方程及其解的形式把自由电子波函数：
与晶体中电子波函数：
比较．其共同点：１均代表一个波长为2π／k沿K方向传播的平面波．
２K描述运动状态，不同K标志不同的共有化运动状态．
不同点：
１.自由电子振幅Ａ常数，固体中电子振幅
2.自由电子：常数，在空间各点出现的几率
相同→自由运动,
固体电子：
晶体中各点找到电子的几率也是周期性变化的，电子可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子在晶体内的共有化运动。
外层电子：共有化运动强→准自由电子
内层电子：共有化运动弱→紧束缚电子
2.布里渊区与能带在同一能带中，E（k）也是k的周期性函数，周期为2/a。

k和表示相同的状态。
对于无限大的晶体，K可以连续取值，但在布里渊区边界E（k