能帶及半導體

本文格式為Word版，下載可任意編輯——能帶及半導體,,直接和間接帶隙半導體,主要內容,半導體及其性質直接帶隙和間接帶隙半導體定義直接帶隙和間接帶隙半導體的性質,半導體的定義,半導體半導體（semiconductor），是一種導電才能介于導體和絕緣體之間的材料，并有負的電阻溫度系數(shù)的材料。這種材料在某個溫度范圍內隨溫度升高而增加電荷載流子的濃度，電阻率下降。如硅、鍺、硒等，半導體之所以得到廣泛應用，是由于它的導電才能受摻雜、溫度和光照的影響特別顯著,半導體的分類,常用的半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體是由單一元素制成的半導體材料。主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應用最廣。化合物半導體分為二元系、三元系、多元系和有機化合物半導體。二元系化合物半導體有Ⅲ-Ⅴ族（如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等）、Ⅱ-Ⅵ族（如硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅等）、Ⅳ-Ⅵ族（如硫化鉛、硒化鉛等）、Ⅳ-Ⅳ族（如碳化硅）化合物。三元系和多元系化合物半導體主要為三元和多元固溶體，如鎵鋁砷固溶體、鎵鍺砷磷固溶體等。有機化合物半導體有萘、蒽、聚丙烯腈等，還處于研究階段。此外，還有非晶態(tài)和液態(tài)半導體材料，這類半導體與晶態(tài)半導體的最大識別是不具有嚴格周期性排列的晶體布局,半導體導電原理,半導體和絕緣體在正常處境下，幾乎全體電子都在價帶或是其下的量子態(tài)里，因此沒有自由電子可供導電。

半導體和絕緣體之間的差異在於兩者之間能隙（energybandgap）寬度不同，亦即電子欲從價帶跳入傳導帶（conductionband）時所務必獲得的最低能量不一樣。通常能隙寬度小於3電子伏特（eV）者為半導體，以上為絕緣體。,半導體的根本能帶布局,半導體的根本能帶圖如左圖所示，但在一般溫度下，由于熱激發(fā)價帶頂部有少量的空穴，導帶底部有少量的電子，如右圖所示，這些電子和空穴就是半導體的載流子，抉擇了半導體的導電才能,帶隙,帶隙導帶的最低點和價帶的最高點的能量之差。也稱能隙。

帶隙越大，電子由價帶被激發(fā)到導帶越難，本征載流子濃度就越低，電導率也就越低,本征光的吸收,半導體吸收光子使電子由價帶激發(fā)到導帶，形成電子-空穴對的過程就叫本征光吸收。

光子能量得志的條件是準動量守恒條件是,豎直躍遷直接帶隙半導體,直接半導體,在躍遷過程中，波矢可以看做是不變的，在能帶圖示上，初態(tài)和末態(tài)根本上在一條直線上，價帶頂和導帶底處于k空間同一點，電子要躍遷到導帶上產生導電的電子和空穴（形成半滿能帶）只需要吸收能量這樣的躍遷稱為豎直躍遷，相應的半導體稱為直接帶隙半導體常見的直接半導體GaAs、InP半導體,非豎直躍遷間接帶隙半導體,間接帶隙半導體,間接躍遷時，在K空間，電子吸收光子從價帶頂部躍遷到導帶底部狀態(tài)，在這一過程中，由于光子的能量太小，所以單純吸收光子不能使電子由價帶頂躍遷到導帶底部，因此電子在吸收光子的同事伴隨著吸收或者發(fā)出一個聲子，光子供給躍遷所需要的能量，聲子供給躍遷所需要的動量，這種躍遷方式稱為非豎直躍遷，非豎直躍遷是一個二級過程，發(fā)生幾率要比豎直躍遷小的多，這類半導體稱為間接帶隙半導體常見的間接帶隙半導體Ge，Si,直接帶隙半導體性質,當價帶電子往導帶躍遷時，電子波矢不變，在能帶圖上即是豎直地躍遷，這就意味著電子在躍遷過程中，動量可保持不變得志動量守恒定律。相反，假設導帶電子下落到價帶（即電子與空穴復合）時，也可以保持動量不變直接復合，即電子與空穴只要一相遇就會發(fā)生復合（不需要聲子來采納或供給動量）。因此，直接帶隙半導體中載流子的壽命必將很短；

同時，這種直接復合可以把能量幾乎全部以光的形式放出（由于沒有聲子參與，故也沒有把能量交給晶體原子）發(fā)光效率高（這也就是為什么發(fā)光器件多半采用直接帶隙半導體來制作的根本理由）。[,間接帶隙半導體的重要性質,簡樸點說，從能帶圖譜可以看出，間接帶隙半導體中的電子在躍遷時K值會發(fā)生變化，這意味著電子躍遷前后在K空間的位置不一樣了，這樣會極大的幾率將能量釋放給晶格，轉化為聲子，變成熱能釋放掉。而直接帶隙中的電子躍遷前后只有能量變化，而無位置變化，于是便有更大的幾率將能量以光子的形式釋放出來。