功能材料PPT课件系列：半导体材料.ppt

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1、安徽师范大学化学与材料科学学院安徽师范大学化学与材料科学学院College of Chemistry and Materials Science 主讲：主讲： 材料化学教研室材料化学教研室 刘守华刘守华, 18755351608课件制作：刘守华课件制作：刘守华顾名思义：n导电性介于导体和绝缘体之间的材料。n典型电阻率范围：10-41010欧姆厘米。什么又是导体？什么又是绝缘体？n能级分裂 能带n随原子逐渐靠近，能级从外向内逐级分裂，靠的越进，分裂的越厉害；n当N个原子形成晶体后，每个简并能级都分裂成N个相距很近的准连续能级，组成一个能带；n分裂后的每一个能带都称为允带，允带之间因没有能级称为禁

2、带。n有被电子部分占满的能带导带n满带中的电子不具备导电能力，通常原子中的内层都是被电子占满的满带，因而内层电子对导电没有贡献。导体半导体绝缘体n金属中有不完全被电子占据的能带，所以是良导体；n若仅有满带和相邻的空带，则要看禁带宽度：Eg3ev，绝缘体EgEcEvEghnp复合(释放能量)产生(吸收能量)共价键n将其看作可逆反应，HEgn室温时，电子和空穴的浓度就是该可逆反应到达平衡后的平衡浓度EgEcEvEgh没有杂质和缺陷n载流子及其浓度：iinpnpEgEcEvEghiinpnp电子浓度 空穴浓度固有电子浓度 固有空穴浓度常见半导体在室温的固有电子浓度和Eg2.410130.671.45

3、10101.121.791061.42n以硒为例， ni=1.451010 ，到底有多大？典型本征半导体：典型本征半导体：硒n键型和结构共价键n金刚石结构 a (T=300K)5.43硒之原子密度(cm-3)1+3+4 8223383884.99 10(5.43 10)cmacm10-3103223121.45 10 cm1.45 10 cm4.99 103.44 10iinncm1原子密度杂质能级杂质能级n同一温度下，同一基质的半导体(不管n、p还是本征)，当反应达平衡时，恒有：复合(释放能量)产生(吸收能量)共价键2.iiin pn pCnmass-action law)n以五价的元素(A

4、s)少量取代四价的原子(Si) 杂质是电子的给予者，故称施主(donor)n施主能级位于：导带底nEDEg，最易发生的激发为：施主能级到导带的激发，形成导电电子，常温下，施主全部电离。n由于室温下，施主全部电离，导带中的电子浓度大量增加，价带中的空穴就很容易遇到电子而复合，使p大量减少；n电导率主要由电子贡献，故又称此种半导体为n型半导体型半导体、电子型半导体或施主型半导体。n电子为多数载流子，又称多子(majority carrier) ； 空穴则称少数载流子，又称少子(minority carrier)。注：载流子浓度约等于多子浓度，且等于掺杂浓度，少子浓度可忽略不计。n以三价的元素(B)

5、少量取代四价的原子(Si)，杂质是电子的接受者，故称受主(acceptor)n受主能级位于：价带顶nEAEg，最易发生的激发为： 价带到受主能级的激发，并在价带中形成空穴，常温下受主全部“借”电子饱和成键。n由于价带中的空穴浓度大量增加，导带中的电子就很容易遇到空穴而复合，使n大量减少；n电导率主要由空穴贡献，故又称此种半导体为P型半导体型半导体、空穴型半导体或受主型半导体。n空穴为多数载流子，又称多子(majority carrier) ；电子则称少数载流子，又称少子(minority carrier)。注：载流子浓度约等于多子浓度，且等于掺杂浓度，少子浓度可忽略不计。iinp且和温度相关掺

6、杂浓度较本征载流子浓度高106) 66.10 ;.10iinnpn掺杂浓度较本征载流子浓度高106) 66.10 ;.10iinnpn n在硒晶片中，均匀掺杂浓度为1016 cm-3的As，计算：a)掺杂原子和硒原子的比例是多少？b)在室温时，电子和空穴的浓度各为多少？c)载流子浓度和未掺杂的硒的载流子浓度之比是多少？掺杂原子和硒原子的比例是多少？n已知：As原子密度1016 cm-3n硒原子密度4.99.1022cm-3(见上个计算示例)16722102 10 ()4.99 10As摩尔浓度硒在室温时，电子和空穴的浓度各为多少？3ncm16掺杂浓度10243163.(2.1 1010in pnpcmcm10-3 210-3 21.45 10 cm )1.45 10 cm )可见，多子和少子相差12个数量级载流子浓度和未掺杂的硒的载流子浓度之比3cm16载流子浓度掺杂浓度103cm10iii载流子浓度n +p =2n =2 1.45 103533.4 10cmcm1610102 1.45 10