第1章 光电技术基础下ppt课件.ppt

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1、第二部分光电器件物理基础第一章光电技术基础主讲：扬州职业大学电子工程系贾湛2012.1贾湛制作半导体基础理论半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间的物质。半导体的特性3.电阻温度系数是负的，对温度变化敏感。1.导电性能受微量杂质的影响而发生十分敏感的变化。2.导电能力和性质受外界作用发生重要的变化。半导体的能带理论晶体中的电子作共有化运动，所以电子不再属于某一个原子，而是属于整个晶体共有。晶体中原子间相互作用，导致能级分裂，由于原子数目巨大，所以分裂的能级非常密集，认为是准连续的，即形成能带（EnegyBand）。在孤立原子中，原子核外的电子

2、按照一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。分裂的能级非常密集形成能带满带：任何时间都填满电子数。价带：在绝对零度下能被电子占满的最高能带。导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。根据能量最小原理，电子填充能带时，总是从最低的能带、最小能量的能级开始填充。电子总是先填充低能级，0K时，价带中填满了电子，而导带中没有电子。温度越高，电子进入导带的概率越大。EVEcconductionbandvalencebandForbiddenBand能隙导体绝缘体半导体能带区别SiO2的Eg约为5.2eV，电阻率大于1012Ω·cm导带中有一定数目

3、的电子电阻率为10-3—1012Ω·cm金属的导带与价带有一定程度的重合，Eg=0。价电子可以在金属中自由运动，所以导电性好。电阻率为10-6—10-3Ω·cmEg导带中电子极少硅Si的Eg约为1.1eV锗Ge中为0.7ev半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其应用极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：半导体的独特性能光敏性——半导体受光照后，其导电能力大大增强；热敏性——受温度的影响，半导体导电能力变化很大；掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；半导体的类型1、I型半导体（本征半导体）本征半导体(Intrins

4、icsemiconductor)是完全纯净或结构完整的半导体。+4+4+4+4空穴电子共价键结构自由电子和空穴成对产生++Si+4Ge+4简化模型Si(硅原子)Ge(锗原子)2.P型半导体在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼或铟），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P（Positve正）型半导体。三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。这种以价带中的空穴为主导电的半导体，也称为“空穴型半导体”。+4+4+3+4硼硅空穴

5、空穴载流子运动是由价电子不断填补空穴形成的。受主能级的存在使较高能量的电子直接跳上它而不跳向导带，所以平均电子的能量降低，费米能级降低。3.N型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷或锑），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N（Negative）型半导体。五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，它很容易被激发而成为自由电子，该原子就成了不能移动的带正电的离子。每个五价原子给出一个电子，称为施主原子。这种半导体又称为“电子型半导体”。+4+4+5+4多余电子因施主能级的存在可使较多电子高跳上导带，在高能态的电

6、子就多，所以费米能级升高。磷在一定温度下，电子从不断热震动的晶格中获得一定的能量，就可能从低能态跃迁到高能态，电子从价带跃迁到导带形成导电电子和价带空穴。同时，还存在着相反的复合过程。载流子产生和复合形成热平衡。平衡时载流子在E能态出现的概率满足费米（Fermi）分布函数:导带中绝大多数电子分布在导带底附近；价带中绝大多数空穴分布在价带顶附近。本征半导体费米能级在禁带中间导带价带对本征半导体：常温下，导带

7、E-EF

8、>>kT则，在价带上，E-EF<0,fe(E)=1满带在导带上，E-EF>0,fe(E)=0空带当E=EF时，fe(E)=1

9、/2即费米能级是电子出现可能性一半的地方。其中k为玻尔兹曼常数热平衡载流子PN结的形成杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强（约1012倍），但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素磷++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P区N区空间电荷区内电场PN结及其形成过程理论证明：杂质带的产生会使禁带宽度变小.耗尽层耗尽层P区P区N区N区单独存在时能级在P型和N型半导体组成的PN结界面上，由于存在多数载流子(电子或空穴)的

10、梯度，因而产生扩散运动，形成内部电场，内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的Ef相同，两种运动处于平衡状态为止，结果能带发生倾斜。平衡状态下的PN结动画演示PN结的单向导电性P