晶体结构和固体结合重点.ppt

第2·1章半导体中的电子状态由于热激发,半导体的载流子显著增加，杂质半导体尤为显著，电导性随温度变化十分灵敏。p型p:+集成电路：半导体激光器：重点:
1、晶体结构:
(1)金刚石型：Ge、Si
(2)闪锌矿型：GaAs
2、化合键:
(1)共价键：Ge、Si
(2)混合键：GaAs1、金刚石型结构和共价键金刚石型结构是立方对称的晶胞，可以看作是两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线互相位移了1/4的空间对角线长度套构而成。金刚石结构的结晶学原胞金刚石型结构{100}面上的投影锗Ge:a=5.65754埃
2、闪锌矿结构和混合键闪锌矿结构的结晶学原胞化学键:共价键+离子键：3、纤锌矿型结构：由两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成。重点:
电子的共有化运动

导带、价带与禁带1、原子的能级和晶体的能带(2)晶体的能带能级分裂2024/11/28N个原子的能级的分裂金刚石型结构价电子的能带:一些常见的杂化轨道如表所示
2024/11/28对于由N个原子组成的晶体，由于轨道杂化的结果，价电子形成两个能带，中间隔一禁带。两个能带并不分别与s和p相对应，而是上下两能带分别包含2N个状态。根据电子先填充低能级原理，共有4N个价电子填满下面的能带，通常称为满带（价带），上面的能带是空的就是导带，二者之间是不允许电子状态存在的禁区——禁带。重点:
E(k)-k关系孤立原子中：
电子在原子核和其它电子的势场中运动波函数：描述微观粒子的状态（1）自由电子的波函数
对半导体-晶体中的电子：
分布几率是晶格的周期函数，
对每个原胞的相应位置，电子的分布几率是一样的。（3）布里渊区与能带关于E（k）-k的对应意义：1）满带中的电子不导电2）导体、绝缘体和半导体的能带模型本征激发当温度一定时，价带电子受到激发而成为导带电子的过程称为本征激发。因此，在半导体中存在两种载流子：（1）电子；（2）空穴；而在本征半导体中:n=p空穴与导电电子§2-1·3半导体中电子的运动有效质量
ElectronMovingandEffectiveMassinSemiconductors对于半导体,起作用的常常是接近于能带底部或顶部的电子,因此只要掌握能带底部或顶部附近的E(k)与k的关系就足够了.令:2、半导体中电子的平均速度（4）3、半导体中电子的加速度就是电子的有效质量。半导体内部势场+外电场共同作用结果在能带底部附近,1、E（k）-k关系和等能面上式代表的是一个椭球等能面。等能面上的波矢k与电子能量E之间有着一一对应的关系，即：k空间中的一个点对应一个电子态2、Si、Ge和GaAs能带结构的基本特征（1）Si的能带结构（2）Ge的能带结构Ge,Si主要特征(3)GaAs的能带结构（1）Eg负温度系数特性：1试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因2某一维晶体的电子能带为其中E0=3eV，晶格常数a=5х10-11m。求：（1）能带宽度；（2）能带底和能带顶的有效质量。3教材P30习题1