武汉理工大学：《材料物理学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 导电物理 5.4 半导体物理 5.4.1半导体与p-n结

第5章导电物理 本章提要 本章将介绍金属材料和半导体材料(也包括 半导体陶瓷)的导电机制,着重从能带结构 的角度分析材料的导电行为。本章还介绍了 利用材料的导电物理特性制得的一些功能材 料,例如p-n结、晶体管等

第5章 导电物理 本章将介绍金属材料和半导体材料（也包括 半导体陶瓷）的导电机制，着重从能带结构 的角度分析材料的导电行为。本章还介绍了 利用材料的导电物理特性制得的一些功能材 料，例如p-n结、晶体管等。 本章提要

第5章导电物理 5.1概述 2个学时 52材料的导电性能2个学时 5.3金属电导 4个学时 5.4半导体物理 10个学时 55超导物理 4个学时

5.1概述 5.2材料的导电性能 5.4半导体物理 5.3金属电导 5.5 超导物理 2个学时 4个学时 4个学时 第5章 导电物理 2个学时 10个学时

54半导体物理 54.1导体与pn结 2个学时 5.42半导体的物理效应2个学时 54.3能带理论在半导体中2个学时 的应用 54.4半导体陶瓷的缺陷化学4个学时 理论基础

5.4半导体物理 5.4.1半导体与p-n结 5.4.2半导体的物理效应 5.4.3能带理论在半导体中 的应用 5.4.4半导体陶瓷的缺陷化学 理论基础 2个学时 2个学时 2个学时 4个学时

54.1半导体与p结 5411本征半导体与非本征半导体 纯硅和纯锗属于本征半导体。这里,“本征” 是具有“原本特征”的意思。这些半导体的禁 带Eg比较小,具有足够热能的电子能够越过禁 带,从价带被激发到导带。被激发的电子原来 占据的价带的能级上则留下一个空穴

5.4.1半导体与p-n结 5.4.1.1本征半导体与非本征半导体 纯硅和纯锗属于本征半导体。这里，“本征” 是具有“原本特征”的意思。这些半导体的禁 带Eg比较小，具有足够热能的电子能够越过禁 带，从价带被激发到导带。被激发的电子原来 占据的价带的能级上则留下一个空穴

如果一个电子过来填充这个空穴,那么它 原来的能级上又会出现一个空穴。所以空 穴可以携带一个正电荷,空穴的移动也会 产生电流。如果在半导体材料上加上电压, 导带上的电子朝正极移动,价带上的空穴 则向负极移动

如果一个电子过来填充这个空穴，那么它 原来的能级上又会出现一个空穴。所以空 穴可以携带一个正电荷，空穴的移动也会 产生电流。如果在半导体材料上加上电压， 导带上的电子朝正极移动，价带上的空穴 则向负极移动

导带 o+ E, g 价带 图54-1在外加电压作用下,半导体中的电子在 导带中移动空穴则在价带中朝相反方向移动

图5.4-1在外加电压作用下,半导体中的电子在 导带中移动,空穴则在价带中朝相反方向移动

衰9.2.1重的半导体的性质 迁移率μ 禁带宽度E(m2/V·s)「能带 相对 有效质量 半导体 (ev) 介电 300K 结构 常数 300K0K电子空穴 电子(m,/m)空穴(m,/m) (金刚石) 5.475.510.180.16|Si 0.2 0.25 5.5 0.670.740.380.18|Ge n/m=1.6|ma/m=0.043 me/mo 0.082mh/m=0.32/16.3 1.111.160.145|0.05 Si ma/mo =0. 92 my/mo=0.15 mn/m=0.19mw/mo=0.511.8 0.4130.200.10 GaAs 0,024 0.26 Ⅳ-Ⅳ Sic 3.10.045×10-3Si 0.6 l.0 10 AlSb 1.631.750.090.042GBAs 0.39 0.4 10.3 BN(闪锌矿型)7.5 BP 0.03 6.9 GaN 3.5 0.015 0.19 0.6 0.670.810.4 0.14 GaAs 0.047 m/m=0.05 11.7 mA/m0=0.31 GaA: 1.351.530.850.04GaAs md/m=0.12 0.067 12.9 mM/m=0.71

F 相对 有效质量 半导体 禁带宽度E(m2/V·s)能带 e 介电 300K 结构 常数 300K0K电子空穴 电子(mm0)空穴(m4/m) GaP 2.242.400.030.015Sn/m。=0.25m/mo=0.13 1.7|mM/mo=0.55 nSb 0.170.248.00.045GaAs 0,014 m/m。=0.016 m/m。=0.32/18.7 Ⅲ-V Inas 0.35|0.443.30.045GaAs 0.024 m/mo=O.026 m6/m0=0.41 InP 1.351.4210.450.015GaAs 0.081 m!m=0.12 14 m4/m0=0.58 (纤维锌矿型)/2.41|2.580.0355 GaAs 0.17 10 0.6 10 -Ⅵ Cdso 1.741.840.065 GaAs 0.11 0.45 10 Zno 3440.018 GaAs 0.24 1.8 9 Zns 3.543.830.016 GaAs Pbs 0.37]0.290.060.062 m/mo=0.105m/mo=0.105 m/m=0.080m/mo=0.075/170 Ⅳ-Ⅵ PbTc 0.300.190.170.088 m/mo=0.236mw/mo=0.381 ml/mo=0.024|mm/mo=0.031/400

本征半导体中,通过控制温度来控制载流 子的数量及其导电性。在绝对零度时,所 有的电子都处于价带,导带中的所有能级 都是空的。当温度升高时,电子占据导带 能级的可能性也增加,半导体的导电性也 随之增加。半导体中的导电性与温度的这 种关系刚好与金属相反。在金属中,导电 性是随着温度升高而降低的

本征半导体中，通过控制温度来控制载流 子的数量及其导电性。在绝对零度时，所 有的电子都处于价带，导带中的所有能级 都是空的。当温度升高时，电子占据导带 能级的可能性也增加，半导体的导电性也 随之增加。半导体中的导电性与温度的这 种关系刚好与金属相反。在金属中，导电 性是随着温度升高而降低的

在实际应用中,本征半导体由于两种载流 子的数量相等,显示不出它们彼此的特性。 所以不能用来制作晶体管之类的电子器件。 但是本征半导体对光、射线、温度的作用 非常敏感,使半导体的载流子数量随之发 生明显变化,因此可用来制作一些探测器

在实际应用中，本征半导体由于两种载流 子的数量相等，显示不出它们彼此的特性。 所以不能用来制作晶体管之类的电子器件。 但是本征半导体对光、射线、温度的作用 非常敏感，使半导体的载流子数量随之发 生明显变化，因此可用来制作一些探测器