2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制

1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制 當(dāng)外電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，共有化電子還是能越過(guò)禁帶躍遷到上面的空帶中，使半導(dǎo)體擊穿 為什么導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而升高，而半導(dǎo)體的電阻卻隨溫度升高而降低？半導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制 雜質(zhì)（impurity）半導(dǎo)體1. n型半導(dǎo)體 量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的電子的能級(jí)在禁帶中緊靠空帶處， ED10-2eV，極易形成電子導(dǎo)電該能級(jí)稱為施主（donor）能級(jí)。本征半導(dǎo)體 Si、Ge等的四個(gè)價(jià)電子，與另四個(gè)原子形成共價(jià)結(jié)合，當(dāng)摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)元素（如P、As等）時(shí)，就形成了電子型半導(dǎo)體，又稱 n 型半導(dǎo)體。 n 型半導(dǎo)體 空 帶滿 帶施主能級(jí)EDEgSiSiSiSiSiSiSiP半導(dǎo)體材

2、料的分類 I（按功能分類）電子材料檢波/放大/整流/存儲(chǔ)光電材料發(fā)光/探測(cè)/光伏/成像熱電材料 測(cè)溫、發(fā)電傳感材料氣敏/濕敏/熱敏/光敏/磁敏光子材料激光/光傳輸/光放大/光計(jì)算/光存儲(chǔ)微波材料半導(dǎo)體材料的分類 II（按成分分類）元素半導(dǎo)體由單一元素構(gòu)成的半導(dǎo)體材料，如鍺、硅、硒等 化合物半導(dǎo)體由兩種或兩種以上元素構(gòu)成的半導(dǎo)體材料，如InP, GaAs，Ga1-xAlxAs, GaN，ZnO，SiC等 有機(jī)半導(dǎo)體由有機(jī)高分子材料構(gòu)成的半導(dǎo)體，如電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物，芳香族化合物 復(fù)合半導(dǎo)體：兩種或兩種以上半導(dǎo)體材料的復(fù)合，如無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)，有機(jī)/無(wú)機(jī)，有機(jī)/有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料的分類 III（按結(jié)構(gòu)分類）

3、單晶半導(dǎo)體：整塊半導(dǎo)體材料中的原子周期性地有序排列。多晶半導(dǎo)體：半導(dǎo)體材料中分成許多區(qū)域，各區(qū)域內(nèi)的原 子周期性地有序排列。非晶態(tài)半導(dǎo)體：半導(dǎo)體材料中的原子排列長(zhǎng)程沒(méi)有周期性， 但短程有序。異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體：指外延層與襯底材料不同的半導(dǎo)體多層 膜結(jié)構(gòu)。超晶格半導(dǎo)體：利用外延技術(shù)制備的人工晶體結(jié)構(gòu)。納米半導(dǎo)體：結(jié)構(gòu)尺度為納米的半導(dǎo)體材料，如納米顆粒 或納米薄膜。復(fù)合半導(dǎo)體：兩種或兩種以上半導(dǎo)體材料的復(fù)合，如無(wú)機(jī)/ 無(wú)機(jī)，有機(jī)/無(wú)機(jī)，有機(jī)/有機(jī)復(fù)合。常見(jiàn)半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu) 金剛石結(jié)構(gòu) 軌道雜化導(dǎo)致四個(gè)價(jià)電子等價(jià)。(1s)2(2s)2(2p)2 - (1s)2(2s)1(2p)3 面心立方兩個(gè)面心立方點(diǎn)

4、陣沿對(duì)角線相對(duì)移動(dòng)1/4距離Si, Ge常見(jiàn)半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu) 閃鋅礦結(jié)構(gòu)：與金剛石結(jié)構(gòu)相似，閃鋅礦結(jié)構(gòu)也是一種由面心立方構(gòu)成的復(fù)式格子，但兩套格子各自的原子不同。在這種結(jié)構(gòu)中，既有軌道雜化，又有原子間的電荷轉(zhuǎn)移，原子間的鍵為離子鍵與共價(jià)鍵組成的混合鍵。所以電子云的分布呈非對(duì)稱分布而偏向某一原子 GaAs，ZnS熱力學(xué)穩(wěn)定相為釬鋅礦結(jié)構(gòu)，寬帶隙，缺乏中心對(duì)稱性，具有強(qiáng)的壓電特性，對(duì)可見(jiàn)光透明等（ ZnO）+ +- -P常見(jiàn)半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu) 本征半導(dǎo)體（semiconductor）# 本征半導(dǎo)體是指純凈的半導(dǎo)體。# 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能在導(dǎo)體與絕緣體之間。* 本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)：所以加熱、光照、加電場(chǎng)都能把電子從滿帶激到發(fā)空帶中去，同時(shí)在滿帶中形成 “空穴”（hole）半導(dǎo)體的滿帶與空帶之間也是禁帶，但是禁帶寬度Eg 很窄 (0.1 2eV)E空帶(導(dǎo)帶) 滿帶Eg=0.12eV禁帶本征（純凈）半導(dǎo)體 T=0K時(shí)（絕緣體）以半導(dǎo)體 CdS為例滿 帶空 帶hEg=2.42eV 滿帶上的一個(gè)電子躍遷到空帶后，滿帶中出現(xiàn)一個(gè)帶正電的空位，稱為 “空穴” 電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。 電子和空穴叫本征載流子，它們形成半導(dǎo)體的本征導(dǎo)電性 當(dāng)光照 h Eg 時(shí)，可發(fā)生本征吸收，形成本征光電導(dǎo)。解 例 要使半導(dǎo)體 Cd S產(chǎn)生本征光電導(dǎo)，求激發(fā)電子的光波的波長(zhǎng)最大多長(zhǎng)？空帶滿帶在外電場(chǎng)作用下，電