《电子输运》PPT课件

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1、1第五章电子的输运性质绝缘体(~10-8一10-20-1cm-1)、材料半导体(~105一l0-7-1cm-1)导体(~106一108-1cm-1)金属键结合的导体，其电导率随温度的升高而减小。离子键、共价键组成的混合键结合的材料，其电导率随温度的升高而增大。一些离子晶体导电率和液体电介质相当，被称作快离子导体。2§5.1能带理论“自由电子”理论：金属原子半径较大，价电子较少→部分电子脱落，成“自由电子”→自由电子与阳离子互相吸引→所有金属原子、阳离子胶合为“晶体”。“自由电子”理论解释了金属的物理性质，如光泽、导电性、导热

2、性、延伸性，都与“自由电子”有关；但不能解释导电的差异性以及导体、半导体与绝缘体的区别等。3单一原子中1.电子的能量是分立的能级;2.电子的运动有隧道效应。原子的外层电子(高能级)，势垒穿透概率较大，电子可以在整个晶体中运动,称为共有化电子。原子的内层电子与原子核结合较紧,一般不是共有化电子。4晶体的能带晶体具有大量分子、原子或离子有规则排列的点阵结构。a。晶体中的势场对电子的能态有影响，电子受到周期性势场的作用。晶体中电子的能态不是分立的能级，而是连续的能带5一、原子、分子、晶体的能谱原子之间作用越强，能级分裂越大，能级越高，能

3、级分裂越大6二.能带中电子的排布晶体中的一个电子只能处在某个能带中的某一能级上。排布原则：1.服从泡里不相容原理（费米子）2.服从能量最小原理设孤立原子的一个能级Enl，它最多能容纳2(2+1)个电子。这一能级分裂成由N条能级组成的能带后，能带最多能容纳2N(2l+1)个电子。7电子排布时，应从最低的能级排起。有关能带被占据情况的几个名词：1．满带（排满电子）2．价带（能带中一部分能级排满电子）亦称导带3．空带（未排电子）亦称导带4．禁带（不能排电子）2ｐ、3ｐ能带，最多容纳6N个电子。例如，1ｓ、2ｓ能带，最多容纳2N个电子

4、。2N(2l+1)8在允许取的E值（暂且称为能级）之间，有一些不允许取的E值（暂且称为能隙）。图5f(E)函数图f(E)E9孤立原子的最外层电子能级可能填满了电子也可能未填满了电子。在形成固体时，其相应的能带也填满了电子或未填满电子。若孤立原子中较高的电子能级上没有电子，在形成固体时，其相应的能带上也没有电子。孤立原子的内层电子能级一般都是填满的，在形成固体时，其相应的能带也填满了电子。10§5.2导体和绝缘体它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。晶体按导电性能的高低可以分为导体半导体绝缘体11导体导体导体半导体绝缘体E

5、gEgEg12在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体定向流动形成电流。从能带图上来看，是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级上去。E导体13从能级图上来看，是因为满带与空带之间有一个较宽的禁带（Eg约3～6eV），共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。能带结构，满带与空带之间也有禁带，但是禁带很窄（Eg约0.1～2eV)。绝缘体半导体14绝缘体与半导体的击穿当外电场非常强时，它们的共有化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中。

6、绝缘体半导体导体15§5.3半导体半导体中能量最高的满带又叫做价带，能量最低的空带又叫做导带，按材料成分不同，半导体材料可以分成单元素半导体和化合物半导体两大类。161.单质半导体单质半导体的结构都是金刚石型结构。随原子序数的增加，金刚石→Si→Ge→α—Sn，共价键成分逐渐减弱，禁带宽度下降，同时金属键的成分增加，Si、Ge、α—Sn是带有不同程度金属键成分的共价键晶体。17IIIA—vA族，GaAs、InSb、GaP、InAs、GaSb；ⅡB一ⅥA族，CdS、ZnS等。这些化合物为闪锌矿型结构，GaAs组成fcc点阵基元由一个

7、Ga原子和一个As原子组成，每个原子被4个异种原子包围，其键合特征仍以共价键为主。化合物半导体电子沿键轴分布不对称，构成极性键，使GaAs既有共价键的成分，又有离子键的成分。2.化合物半导体18纯元素半导体的电学性能由元素本身的电子结构所决定，叫做本征半导体。半导体的电学性能是结构敏感的性能，材料中极微量杂质就会引起电学性能的改变。在纯元素半导体中掺入微量杂质元素，取代晶格中的部分原子，就可改变晶体的能带结构，从而在本征半导体的禁带中出现与杂质元素有关的能级，形成杂质半导体。按掺杂元素的价电子数，杂质半导体可分成N型和P型两类。1

8、920213.非晶半导体非晶半导体短程有序、长程无序。原子相对旋转，产生两种情形：键长和键角相对于晶态有适当偏离，非晶态材料中少量共价键被破坏，成为悬键。光照使非晶硅结构变得不稳定，悬键数目增加。杂质对非晶半导体的电导率影响不明显。22§5.4磁阻