半导体物理.pdf

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1、2007-12-5 1 第九章 异质结第九章 异质结 前言： 有两种不同的半导体单晶材料组成的结称为异 质结。异质结与同质结的最大区别在于：由于 成结的两种半导体材料具有不同的禁带宽度， 而出现特殊的结区能带结构和特性。 学习内容： 异质结能带结构；异质结的主要应用 2007-12-52 异质结能带图 2007-12-5 3 异质结分类 1. 反型异质结 (p)Ge-(n)GaAs， (p)Ge-(n)Si， (p)Si- (n)GaAs， (p)Si-(n)ZnS等等； 2. 同型异质结 (n)Ge-(n)GaAs， (p)Ge-(p)GaAs，(n)Ge- (n)Si， (n)Si-(n)

2、GaAs等等； 注：通常将禁带宽度小的材料写前面； 1. 突变异质结（过渡发生于几个原子距离） 2. 缓变异质结（过渡发生于几个扩散长度） 2007-12-5 4 Vacuum level Ec Ev Ecn Evn EFn Ge Ge WWGe Ge Ecp Evp EFp GaAs GaAs WWGaAs GaAs E 突变反型异质结 qVD1 qVD2 qVD 2007-12-5 5 接触后界面处能带图的特征 12FFF EEE= 界面两侧： 界面处：, cv EE 1221DDDFF qVqVqVEE 接触前后不变，故出现能带突变 =+= 12 2112 ()() c vgg E EE

3、E D V 为接触电势差 = = 注：上述关系对于所有突变异质结均适用，也可 作为画能带图的依据！ 2007-12-5 6 突变同型异质结 Vacuum level Ec Ecn EFn Evn Ge Ge WWGe Ge Ecn Evn EFn GaAs GaAsWWGaAs GaAs E qVD1 qVD2 qVD Ev qVD 2007-12-5 7 异质结在器件中的应用 1. 激光器； 2. 电致发光二极管（LED）； 3. 光电探测器； 4. 应变传感器； 2007-12-5 8 单异质结激光器 2007-12-5 9 双异质结激光器 2007-12-5 10 半导体超晶格 超晶格：

4、交替生长两种半导体薄层组成的一维 周期性结构，而其薄层厚度的周期小于电子的 平均自由程的人造材料。 制造工艺：MBE，MOCVD; Eg1 Eg2 2007-12-5 11 2DEG/2DHG: 电子或空穴在XY平面内自由， 而在Z方向能量被约束，这些电子称为二维电 子气或二维空穴气； 子能带：由于在 Z方向受到附加周期性势场的 作用，Ez-kz曲线出现不连续； ,1, 2, 3. 2 z n kn l = = 从而将原布里源区划分为了许多微小的布里渊 区；形成子能带； 超晶格中的二维电子气 2007-12-5 12 半导体超晶格的应用 量子阱激光器； 量子阱光电探测器； 光学双稳态器件； 调

5、制掺杂场效应晶体管； 2007-12-5 13 第十二章 半导体磁和压阻效应第十二章 半导体磁和压阻效应 霍尔效应霍尔效应 yHxx ER J B= RH称为霍耳系数 2007-12-5 14 2007-12-5 15 空穴霍耳效应 xx Jpqv= 洛伦兹力： -y方向 xz qv B 电场Ex作用下电流密度： 平衡时霍耳电场将抵消洛伦兹力 0 yxz qEqv B= x yz J EB pq = 可见 1 0 H R pq = 2007-12-5 16 电子霍耳效应 xx Jnqv= 洛伦兹力：-y方向 xz qv B 电场Ex作用下，电子沿-x方向运动 平衡时霍耳电场将抵消洛伦兹力 0

6、yxz qEqv B= x yz J EB nq = 可见 1 0 H R nq = 2007-12-5 17 由于霍耳电场，使得半导体内部电场方向与电 流方向不一致；它们之间的夹角称为霍耳角 y p x E tg E = 由于： yxz yxz Ev B Ev B = = （p型） （n型） ppz nnz tgB tgB = = 霍耳角 y n x E tg E = 2007-12-5 18 霍耳系数的测量 通常采用细长的矩形样品。设长为l，宽为b b，厚度为d。 则 H y V E b = x x I J bd = xz HH I B VR d = H H xz V d R I B =

7、2007-12-5 19 霍耳效应的应用 ?The carrier concentration may be different from the impurity concentration ?To measure the carrier concentration directly ?To show the existence of holes as charge carrier ?Give directly the carrier type ?Hall effect based devices(测量技 术，自动化技术等) 2007-12-5 20 霍尔效应霍尔效应 作业：1 2007-12-5 21 异质结、霍尔效应霍尔效应 异质结要求： 异质结概念；异质结分类；异质结 能带图；异质结主要应用； 霍尔效应要求： 霍尔效应概念；霍尔系数定义及其 测量；霍耳角；霍尔效应应用；