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 5.4.2 半导体的物理效应

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

542半导体的物理效应 5421余辉效应 5.42.1发光二极管 5.42.1激光二极管 5421光伏特效应

5.4.2半导体的物理效应 5.4.2.1余辉效应 5.4.2.1发光二极管 5.4.2.1激光二极管 5.4.2.1光伏特效应

5421余辉效应 光致发光效应 价带的电子受到入射光子的激发后,会跃 过禁带进入导带。如果导带上的这些被激 发的电子又跃迁回到价带时,会以放出光 子的形式来释放能量,这就是光致发光效 应,也称为荧光效应

5.4.2.1余辉效应 价带的电子受到入射光子的激发后，会跃 过禁带进入导带。如果导带上的这些被激 发的电子又跃迁回到价带时，会以放出光 子的形式来释放能量，这就是光致发光效 应，也称为荧光效应。 光致发光效应

光子 光子 导带 激发源价带 激发源 金属 价带 荧光材料 因为无禁带,光子波长λ极大 光子波长A=hcg 图518光产生原理 (a)没有禁带的金属;(b)有禁带的半导体

图5.18荧光产生原理 (a) 没有禁带的金属;(b) 有禁带的半导体

光致发光现象不会在金属中产生。因为在金属 中,价带没有充满电子,低能级的电子只会激 发到同一价带的高能级。在同—价带内,电子 从高能级跃迁回到低能级,所释放的能量太小, 产生的光子的波长太长,远远超过可见光的波 长

光致发光现象不会在金属中产生。因为在金属 中，价带没有充满电子，低能级的电子只会激 发到同一价带的高能级。在同一价带内，电子 从高能级跃迁回到低能级，所释放的能量太小， 产生的光子的波长太长，远远超过可见光的波 长

在某些陶瓷和半导体中,价带和导带之间的 禁带宽度不大不小,所以被激发的电子从导 带跃过禁带回到价带时释放的光子波长刚好 在可见光波段。这样的材料称为荧光材料。 日光灯灯管的内壁涂有荧光物质。管內的汞 蒸气在电场作用下发出紫外线,这些紫外线 轰击在荧光物质上使其发光。关掉电源后荧 光物质便不再发光

在某些陶瓷和半导体中，价带和导带之间的 禁带宽度不大不小，所以被激发的电子从导 带跃过禁带回到价带时释放的光子波长刚好 在可见光波段。这样的材料称为荧光材料。 日光灯灯管的内壁涂有荧光物质。管内的汞 蒸气在电场作用下发出紫外线，这些紫外线 轰击在荧光物质上使其发光。关掉电源后荧 光物质便不再发光

余辉现象 如果荧光材料中含有一些微量杂质,且这些杂 质的能级位于禁带内,相当于陷阱能级(E 从价带被激发的电子进入导带后,又会掉入这 些陷阱能级。因为这些被陷阱能级所捕获的激 发电子必须首先脱离陷阱能级进入导带后才能 跃迁回到价带,所以它们被入射光子激发后, 需要延迟一段时间才会发光,出现了所谓的余 辉现象

如果荧光材料中含有一些微量杂质，且这些杂 质的能级位于禁带内，相当于陷阱能级(Ed )， 从价带被激发的电子进入导带后，又会掉入这 些陷阱能级。因为这些被陷阱能级所捕获的激 发电子必须首先脱离陷阱能级进入导带后才能 跃迁回到价带，所以它们被入射光子激发后， 需要延迟一段时间才会发光，出现了所谓的余 辉现象。 余辉现象

余辉时间 余辉时间取决于这些陷阱能级与导带之间的能 级差,即陷阱能级深度。因为在一定温度下, 处于较深的陷阱能级上的电子被热重新激发到 导带的几率较小,或者电子进入导带后又落入 其他陷阱能级(发生多次捕获),这些情况都 使余辉时间变长,也就是使发光的衰减很慢

余辉时间取决于这些陷阱能级与导带之间的能 级差，即陷阱能级深度。因为在一定温度下， 处于较深的陷阱能级上的电子被热重新激发到 导带的几率较小，或者电子进入导带后又落入 其他陷阱能级（发生多次捕获），这些情况都 使余辉时间变长，也就是使发光的衰减很慢。 余辉时间