半导体的晶体结构和结合性质.pptx

第一章第一章 半导体中的电子状态半导体中的电子状态1.1 1.1 半导体的晶格结构和结合性质半导体的晶格结构和结合性质1.2 1.2 半导体中的电子状态和能带半导体中的电子状态和能带1.3 1.3 半导体中电子的运动、有效质量半导体中电子的运动、有效质量1.4 1.4 本征半导体的导电机构、空穴本征半导体的导电机构、空穴1.5 1.5 回旋共振回旋共振1.6 1.6 硅和锗的能带结构硅和锗的能带结构1.7 -1.7 -族化合物半导体的能带结构族化合物半导体的能带结构1.8 -1.8 -族化合物半导体的能带结构族化合物半导体的能带结构1.1 1.1 半导体的晶格结构和结合性质半导体的晶格结构和结合性质固体固体晶体晶体非晶体非晶体单晶体单晶体多晶体多晶体半导体晶体半导体晶体元素半导体元素半导体化合物半导体化合物半导体非半导体晶体非半导体晶体SiSiGeGeC C（金刚石）（金刚石）-族化合物半导体族化合物半导体GaAsGaAs、InPInP、-族化合物半导体族化合物半导体CdSCdS、ZnS ZnS、硅锗化合物半导体硅锗化合物半导体硅是最常用元素半导体，砷化镓是最常用化合物半导体硅是最常用元素半导体，砷化镓是最常用化合物半导体1 1、硅晶体结构及结合性质、硅晶体结构及结合性质l 硅原子硅原子 SiSi（SiliconSilicon）族，原子序数族，原子序数1414，原子量，原子量28.08628.086，1414个核外电子，个核外电子，核外电子分布：核外电子分布：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p2 2，个价电子组态个价电子组态3s3s2 23p3p2 2 价电子价电子一、金刚石结构和共价键一、金刚石结构和共价键(以硅锗为例以硅锗为例)l 硅晶体结构硅晶体结构顶角原子顶角原子顶角原子顶角原子顶角原子顶角原子顶角原子顶角原子中心原子中心原子电子电子正四面体结构单元正四面体结构单元金刚石型结构金刚石型结构金刚石型结构晶格点阵金刚石型结构晶格点阵金刚石型结构原胞金刚石型结构原胞l 锗原子锗原子GeGe 族，原子序数族，原子序数3232，原子量，原子量72.5972.59，3232个核外电子，个核外电子，电子组态电子组态1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s2 24p4p2 2 个价电子组态个价电子组态4s4s2 24p4p2 2。l 锗晶体结构锗晶体结构 结构单元为正四面体，正四面体构成金刚石型结构，结构单元为正四面体，正四面体构成金刚石型结构，晶格由两套不等价面心立方格子沿体对角线套构而成晶格由两套不等价面心立方格子沿体对角线套构而成2 2、锗晶体结构、锗晶体结构2 2闪锌矿型晶格结构和混合键闪锌矿型晶格结构和混合键l 闪锌矿型晶格结构单元闪锌矿型晶格结构单元正四面体结构单元正四面体结构单元 l 闪锌矿型晶格结构闪锌矿型晶格结构GaAsAsAsAsl GaAs GaAs（Gallium ArsenicGallium Arsenic）晶格结构单元）晶格结构单元GaAsGaGaGal 闪锌矿型结构原子间的结合力（混合键）闪锌矿型结构原子间的结合力（混合键）族、族、族原子各贡献一个价电子形成族原子各贡献一个价电子形成SPSP3 3杂化轨道共价键，但杂化轨道共价键，但族原族原子具有较子具有较原子强的电负性，共有电子云更多地分布给原子强的电负性，共有电子云更多地分布给族原子，族原子，族原族原子因而带有负电。子因而带有负电。族原子分配的电子云少一些而带正电。正负电荷之间产族原子分配的电子云少一些而带正电。正负电荷之间产生库仑作用。原子间生库仑作用。原子间结合力中共价键占优势，同时存在离子键成分结合力中共价键占优势，同时存在离子键成分，称为，称为混混合键合键，对应的半导体称为，对应的半导体称为极性半导体极性半导体。正四面体结构单元正四面体结构单元族原子价电子组态族原子价电子组态4s4s2 24p4p1 1V V族原子价电子组态族原子价电子组态4s4s2 24p4p3 33 3纤锌矿型结构（六方密堆积）纤锌矿型结构（六方密堆积）-族化合物半导体硫化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉可具有纤锌矿型族化合物半导体硫化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉可具有纤锌矿型结构。结构。正四面体为结构单元。正四面体为结构单元。两种原子各自组成六方密排面，按两种原子各自组成六方密排面，按ABABABAB.排列，再相互套构而成晶格。排列，再相互套构而成晶格。AAAAA族原子的六方密排：族原子的六方密排：（001001）面）面AAAAAV V族原子的六方密排：族原子的六方密排：（001001）面）面4 4、氯化钠结构、氯化钠结构 硫化铅、硒化铅、碲化铅不硫化铅、硒化铅、碲化铅不以四面体结构为基本结构单元，以四面体结构为基本结构单元，而是氯化钠型结构（钠离子面而是氯化钠型结构（钠离子面心立方晶格与氯离子面心立方心立方晶格与氯离子面心立方晶格相互位移二分之一晶格常晶格相互位移二分之一晶格常数套构而成）。数套构而成）。Na+Cl-