哈工大半導(dǎo)體物理課件第8章

哈工大半導(dǎo)體物理課件第8章第8章引言第8章半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第8章半導(dǎo)體中的輸運(yùn)現(xiàn)象第8章半導(dǎo)體器件物理contents目錄01第8章引言0102本章主題概述重點(diǎn)講解半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)、載流子類型和輸運(yùn)性質(zhì)等核心內(nèi)容，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。本章主要介紹半導(dǎo)體物理的基本概念和基礎(chǔ)知識，包括半導(dǎo)體的定義、性質(zhì)、分類以及其在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中的應(yīng)用。掌握半導(dǎo)體物理的基本概念和基礎(chǔ)知識，理解半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和載流子類型。了解半導(dǎo)體的應(yīng)用和發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生對半導(dǎo)體物理的興趣和熱情。為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。學(xué)習(xí)目標(biāo)和意義半導(dǎo)體物理概述能帶結(jié)構(gòu)載流子類型輸運(yùn)性質(zhì)章節(jié)結(jié)構(gòu)預(yù)覽01020304介紹半導(dǎo)體的定義、性質(zhì)、分類和應(yīng)用。重點(diǎn)講解半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，包括價帶和導(dǎo)帶的形成機(jī)制和特點(diǎn)。介紹半導(dǎo)體中的自由載流子類型，包括自由電子和空穴的特性和行為。探討半導(dǎo)體中的輸運(yùn)現(xiàn)象和機(jī)制，包括電子傳導(dǎo)和空穴傳導(dǎo)等。02第8章半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)硅、鍺等元素及化合物，具有導(dǎo)電性介于金屬和絕緣體之間。半導(dǎo)體材料晶體結(jié)構(gòu)能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體晶體具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，如面心立方、體心立方等。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)由滿帶、導(dǎo)帶和空帶組成，其導(dǎo)電性能與能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。030201半導(dǎo)體基本概念電子在半導(dǎo)體中的運(yùn)動遵循量子力學(xué)規(guī)律，其狀態(tài)可用波函數(shù)描述。量子力學(xué)描述不同能級上的電子態(tài)密度不同，決定了電子在半導(dǎo)體中的分布情況。電子態(tài)密度電子在不同能級間躍遷，產(chǎn)生光吸收和發(fā)射現(xiàn)象，與半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)有關(guān)。光學(xué)吸收與發(fā)射半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體中存在自由電子和空穴兩種載流子，分別帶負(fù)電荷和正電荷。自由電子與空穴受溫度、摻雜等因素影響，載流子濃度發(fā)生變化，影響半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。載流子濃度載流子的遷移率與電場有關(guān)，決定了半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率半導(dǎo)體中的載流子03第8章半導(dǎo)體中的輸運(yùn)現(xiàn)象熱傳導(dǎo)基本概念熱傳導(dǎo)是熱量在物質(zhì)內(nèi)部由高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞的過程。在半導(dǎo)體中，熱傳導(dǎo)主要通過晶格振動（聲子）進(jìn)行。熱傳導(dǎo)機(jī)制在半導(dǎo)體中，熱傳導(dǎo)機(jī)制主要包括晶格振動弛豫過程和電子-聲子互作用過程。晶格振動弛豫過程是晶格振動將熱量傳遞給電子的過程，電子-聲子互作用過程是電子通過與晶格振動相互作用傳遞熱量的過程。熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)是描述物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物理量，其大小取決于物質(zhì)的性質(zhì)和溫度。在半導(dǎo)體中，熱傳導(dǎo)系數(shù)通常隨著溫度的升高而增大。半導(dǎo)體中的熱傳導(dǎo)光生電流基本概念光生電流是指當(dāng)光照射在半導(dǎo)體材料上時，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對的現(xiàn)象。光生電流的大小和方向取決于入射光的波長、強(qiáng)度和偏振狀態(tài)。光生電流機(jī)制光生電流的產(chǎn)生機(jī)制主要包括直接光電效應(yīng)和間接光電效應(yīng)。直接光電效應(yīng)是指光子直接將能量傳遞給電子，使其從價帶躍遷至導(dǎo)帶；間接光電效應(yīng)是指光子首先將能量傳遞給晶格振動（聲子），再通過聲子將能量傳遞給電子。光生電流的測量光生電流的測量通常采用光電導(dǎo)率測量技術(shù)，通過測量材料在不同光照條件下的電阻變化來推算光生電流的大小。半導(dǎo)體中的光生電流熱電效應(yīng)是指由于溫度梯度而產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象。在半導(dǎo)體中，熱電效應(yīng)主要包括塞貝克效應(yīng)、皮爾茲效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)等。熱電效應(yīng)基本概念熱電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制主要基于電子和空穴的濃度梯度。當(dāng)溫度梯度存在時，電子和空穴的擴(kuò)散會導(dǎo)致電荷積累，從而產(chǎn)生電勢。熱電效應(yīng)機(jī)制熱電效應(yīng)在能源轉(zhuǎn)換、溫度測量和制冷等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。例如，利用塞貝克效應(yīng)可以將熱能轉(zhuǎn)換為電能，利用帕爾帖效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的散熱等。熱電效應(yīng)的應(yīng)用半導(dǎo)體中的熱電效應(yīng)04第8章半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體二極管是利用半導(dǎo)體材料制成的電子器件，具有單向?qū)щ娦?。總結(jié)詞半導(dǎo)體二極管由一個PN結(jié)和兩個電極組成，其工作原理是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，?shí)現(xiàn)電流的整流或檢波。詳細(xì)描述半導(dǎo)體二極管具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中?？偨Y(jié)詞半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用包括整流、檢波、混頻、調(diào)制、解調(diào)等，是現(xiàn)代電子設(shè)備中不可或缺的元件之一。詳細(xì)描述半導(dǎo)體二極管詳細(xì)描述雙極晶體管的應(yīng)用包括音頻信號放大、射頻信號放大、數(shù)字邏輯門電路等，是現(xiàn)代電子設(shè)備中重要的元件之一?？偨Y(jié)詞雙極晶體管是一種利用半導(dǎo)體材料制成的電子器件，具有電流放大作用。詳細(xì)描述雙極晶體管由三個區(qū)（集電極、基極、發(fā)射極）和兩個結(jié)（集電極-基極結(jié)、基極-發(fā)射極結(jié)）組成，其工作原理是通過控制基極電流來放大集電極電流?？偨Y(jié)詞雙極晶體管具有高放大倍數(shù)、低噪聲等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信號放大、開關(guān)控制等領(lǐng)域。雙極晶體管總結(jié)詞場效應(yīng)晶體管是一種利用半導(dǎo)體材料制成的電子器件，通過電場效應(yīng)控制電流?？偨Y(jié)詞場效應(yīng)晶體管具有低噪聲、低功耗、高輸入阻抗等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于模擬電路和數(shù)字電路中。詳細(xì)描述場效應(yīng)晶體管的應(yīng)用包括放大器、振蕩器、邏輯門電路等，是現(xiàn)代電子設(shè)備中重要的元件之一。詳細(xì)描述場效應(yīng)晶體管由源極、漏極、柵極三個電極組成，其工作原理是通過改變柵極電壓來改變溝道內(nèi)的電場分布，從而控制源極和漏極之間的電流。場效應(yīng)