高二物理竞赛半导体异质结构课件.pptx

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1、第九章第九章 半导体异质结构半导体异质结构异质结异质结：两种不同的半导体单晶材料组成的结：两种不同的半导体单晶材料组成的结内容内容 异质结的能带结构异质结的能带结构 半导体超晶格半导体超晶格缓变异质结缓变异质结：从一种半导体材料向另一种半导体材料的过：从一种半导体材料向另一种半导体材料的过 渡发生在渡发生在几个扩散长度几个扩散长度范围内。范围内。突变异质结突变异质结：从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡：从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡 只发生于只发生于几个原子距离几个原子距离范围内。范围内。同形异质结同形异质结：导电类型：导电类型相同相同的两种不同的半导体单晶材的两种不同的半导体

2、单晶材 料所形成的异质结料所形成的异质结反型异质结反型异质结：导电类型：导电类型相反相反的两种不同的半导体单晶材的两种不同的半导体单晶材 料所形成的异质结料所形成的异质结异质结异质结异质结异质结同型同型：n-nGe-GaAs 或或 (n)Ge-(n)GaAs, p-pGe-GaAs 或或 (p)Ge-(p)GaAs,例如：例如：n-nGe-Si, n-nSi-GaAs, n-nGaAs-ZnSe, p-pSi-GaP, p-pPbS-Ge 等等禁带宽度较小的半导体材料写在前面禁带宽度较小的半导体材料写在前面反型反型：p-nGe-GaAs 或或 (p)Ge-(n)GaAs, n-pGe-GaAs

3、 或或 (n)Ge-(p)GaAs,例如：例如：p-nGe-Si, p-nSi-GaAs, p-nSi-ZnS, p-nGaAs-GaP, n-pGe-GaAs 等等（一）不（一）不考虑界面态时的能带图考虑界面态时的能带图电子亲和能电子亲和能禁带宽度禁带宽度功函数功函数决定异质结的能带图决定异质结的能带图真空能级真空能级Eg2W2n2 EVn1 ECEg1EV1EC1EF1 ECx1x0 x2 EV 2qVD2（1）突变）突变反型反型异质结能带图异质结能带图形成突变形成突变pn异质结异质结接触前后的能带图接触前后的能带图（2）突变）突变反型反型异质结能带图异质结能带图形成突变形成突变np异质结

4、异质结接触后的能带图接触后的能带图 EV ECEC1EV1EV2EC2（3）突变）突变同型同型异质结能带图异质结能带图形成突变形成突变nn异质结异质结接触前后的能带图接触前后的能带图（4）突变）突变同型同型异质结能带图异质结能带图形成突变形成突变pp异质异质结接触前后的能带图结接触前后的能带图qVD2qVD1EVEC产生悬挂键的示意图产生悬挂键的示意图接触前接触前接触后接触后（二）考虑（二）考虑界面态时的能带图界面态时的能带图引入界面态原因：两种半导体材料的晶格失配引入界面态原因：两种半导体材料的晶格失配ECEVEFEg/32Eg/3N型型P型型2Eg/3Eg/3EF表面能级密度大的半导体能带

5、图表面能级密度大的半导体能带图巴丁极限巴丁极限：具有金刚石结构的晶体的具有金刚石结构的晶体的表面能级密表面能级密 度在度在10101313cmcm-2-2以上时，在表面处以上时，在表面处的费的费 米能级米能级位于禁带宽度的约位于禁带宽度的约1/31/3处。处。N型半导体，悬挂键起受主作用，型半导体，悬挂键起受主作用， 表面处的能带向上弯曲表面处的能带向上弯曲p型半导体，悬挂键起施主作用，型半导体，悬挂键起施主作用， 表面处的能带向下弯曲表面处的能带向下弯曲悬挂键起悬挂键起施主作用施主作用时，计入界面态影响的异质结能带图时，计入界面态影响的异质结能带图pn异质结异质结np异质结异质结pp异质结异质结悬挂键起悬挂键起受主作用受主作用时，计入界面态影响的异质结能带图时，计入界面态影响的异质结能带图半导体超晶格半导体超晶格