最新半导体物理SemiconductorPhysics教学讲义PPT.ppt

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1、半导体物理SemiconductorPhysics半导体物理SemiconductorPhysics常见半导体的晶格结构半导体物理SemiconductorPhysics金刚石结构闪锌矿结构纤锌矿结构半导体物理SemiconductorPhysics闪锌矿结构与金刚石结构类似，不同在于其晶格由两种不同原子各自组成的面心立方晶格沿空间对角线彼此位移四分之一长度套构而成。闪锌矿结构晶胞半导体物理SemiconductorPhysics纤锌矿结构和闪锌矿结构相接近，它也是以正四面体结构为基础构成的，但是它具有六方对称性，而不是立方对称性。硫化锌ZnS、硒化锌ZnSe

2、、硫化镉CdS、硒化镉CdSe等可以闪锌矿和纤锌矿两种方式结晶。纤锌矿结构Wurtzitestructure半导体物理SemiconductorPhysics半导体的结合性质半导体物理SemiconductorPhysics共价结合与离子结合共价四面体结构混合键半导体物理SemiconductorPhysics固体中存在的四种基本结合形式：共价结合、离子结合、金属性结合与范德瓦尔斯结合晶体的结合性质与组成晶体的原子得失价电子的能力密切相关。电负性（负电性）综合了原子得失电子的能力，首先由莱纳斯·鲍林于1932年提出。它以一组数值的相对大小表示元素原子在分子中对

3、成键电子的吸引能力，称为相对电负性，简称电负性。元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强。共价结合与离子结合半导体物理SemiconductorPhysics对同一周期元素，由左至右电负性逐渐增大；对同一族元素，由上至下电负性逐渐减小。电负性小的元素易给出电子，通常以金属形式存在；电负性较大的元素，通常以共价键结合，具有半导体或绝缘体性质就化合物而言，由电负性很强和电负性很弱的两种元素形成的晶体是典型的离子晶体；电负性相近的两种元素倾向于形成共价键半导体通常以共价结合为基础，但是在化合物半导体中通常含有不同程度的离子结合成分半导体物理Sem

4、iconductorPhysics原子在化合成分子的过程中，根据原子的成键要求，在周围原子影响下，将原有的原子轨道进一步线性组合成新的原子轨道。这种在一个原子中不同原子轨道的线性组合，称为原子轨道的杂化。杂化后的原子轨道称为杂化轨道。杂化时，轨道的数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。在四面体结构的共价晶体中，以Si、Ge为例，最外面的价电子壳层有1个s态轨道和3个p态轨道。处在p态中的电子形成的共价键应是互相垂直的，但实际形成的4个共价键之间具有相同的夹角109°28′。这是因为四个共价键实际上是以s态和p态波函数的线性组合为基础，发生了所谓的轨

5、道杂化。以上述sp3杂化轨道为基础形成共价键。共价四面体结构半导体物理SemiconductorPhysics共价性的A8-NBN类型的化合物与IV族元素半导体类似，共价键也是以sp3杂化轨道为基础的，但是与IV族元素半导体相比有一个重要区别，这就是在共价性化合物晶体中，结合的性质具有不同程度的离子性，常称这类半导体为极性半导体。在共价化合物中，电负性弱的原子平均来说带有正电，而电负性强的原子则平均来说带有负电。正负电荷之间的库仑相互作用对于结合能有一定的贡献，这种情形与离子结合相似，这就是所谓的离子性。由于这种离子性，由电负性差别较大的两元素形成的化合物（离

6、子性较强）常倾向于形成纤锌矿结构；在共价结合占优势的情况下，倾向于形成闪锌矿结构。混合键原子能级与晶体能带能级轨道图像原子中的电子在原子核的势场和其他电子的作用下，分列在不同的能级上，形成所谓电子壳层，不同支壳层的电子分别用1s;2s;2p;3s;3p;3d;4s…等符号表示。每一支壳层对应于确定的能量。当原子相互接近形成晶体时，不同原于的内外各电子壳层之间就有了一定程度的交叠，相邻原子最外壳层交叠最多，内壳层交叠较少。由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原于上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子的共

7、有化运动。半导体物理SemiconductorPhysics电子的共有化运动各原子中相似壳层上的电子才有相同的能量，电子只能在相似壳层间转移。内外壳层交叠程度很不相同，只有最外层电子的共有化运动才显著。半导体物理SemiconductorPhysics电子的共有化运动3s3s3s3s2p2p2p2p电子的共有化运动示意图当两个原子相距很远时，如同两个孤立的原子，原子的能级如图所示。每个能级都有两个态与之相应，是二度简并的(不计原子本身能级的简并，比如2p能级本身是三度简并的，此处不考虑)。当两个原子互相靠近时，每个原子中的电子除受到本身原子的势场作用外，还要受

8、到另一个原子势场的作用，其结果是每一个