多媒体教案-电子信息材料-04-半导体材料-2009-spr

1、电子信息材料 -04半导体材料第四章 半导体材料带隙较小的绝缘体材料，在室温时会有热激发到导带的电子参与导电，同时价带留下的空穴也参与导电。空穴导电的本质依然是电子的运动。满带电子不导电，要想导电就要有非满带。满带电子不导电，要想导电就要有非满带。要么就不是电子机制的导电。要么就不是电子机制的导电。目录 4.1 半导体的物理基础简介 4.2 PN结的光生伏特效应 4.3 化合物半导体材料 4.4 半导体陶瓷（转至传感器材料章节） 本章参考书：固体物理简明教程，蒋平，徐至中 编著，复旦大学出版社，2000年9月。 绝缘体： 半导体： 导体： 超导体：* 能隙： 费米能级： 空穴： 正(负)电荷：

2、 晶体管： 二极管： insulatorsemi-conductor conductor super-conductor*gapFermi level holepositive (negative) chargetransistordiode 肖克莱、巴丁、布拉顿（美国）贝尔肖克莱、巴丁、布拉顿（美国）贝尔实验室，实验室，1948年年6月正式申请专利。月正式申请专利。4.1 半导体的物理基础简介轨道杂化？处在基态和激发态的半导体什么是基态？ 什么是激发态？ Photon Energy (eV) 2.761.551.1eV0.41Wavelength (m) 0.450.81.12m3.0 任何

3、一个半导体都有：任何一个半导体都有：光敏光敏热敏热敏杂质敏感杂质敏感本征半导体的掺杂类氢模型杂质能级半导体的输运特性 半导体的电导率在外电场E的作用下，流过半导体的总电流密度j可以写成：j=-neve + pevh，其中v=E。由载流子数密度和迁移率共同决定。载流子数密度随温度变化；迁移率也随温度变化，与电子或空穴的散射机制有关，通常为T形式。半导体的输运特性 半导体的Hall效应在外电场Ex和外磁场Bz的共同作用下，沿x方向运动的载流子必然受到罗伦兹力而偏向y方向，因为y方向没有回路所以电荷积累，致使稳态下（洛仑兹力和电场力平衡）有：evBz=Eye，所以Ey=jxBz/(ne).定义：RH

4、=1/ne为霍尔系数。 热电效应 光电发射效应，光电导效应，光伏效应光伏效应 电磁效应半导体材料的几个基本效应半导体材料的几个基本效应4.2 PN结的光生伏特效应机理：在平衡平衡PN结结中，当光子入射到PN结区时，如果光子的能量满足hvEg，就会有电子空穴对儿产生。在自建电场的作用下，N区的光生空穴被拉向P区，P区的光生电子被拉向N区（光照的存在可以让此趋势延续，也就是能令P区的空穴浓度更大，N区的电子浓度也更大【是比没有光照时更大】。这样，扩散势在必行这样，扩散势在必行）。结果电子在N区积累同时空穴在P区积累，使PN结两边的电位发生变化，PN结两端出现一个因光照而产生的电动势，这一现象称为光

5、生伏特效应。由于改种结构可以像电池那样为外电路提供能量，因此常称为光电池。P-N结P-N结的内建电场太阳能电池材料 利用光生伏特效应将太阳能太阳能转换为电能电能的材料。虽然凡是大于禁带宽度的光子都可以有光生伏特效应，但是只有能量相当于带隙大小的那部分光才可高效转为电能。当带隙宽度Eg在大约0.9 eV附近时利用率最高。 目前太阳能电池的转换效率都在10%以下。 一般有Cu2S、CdTe等。 性能特点：1解理面为110；2与硅和锗相比，禁带宽度大（1.43 eV）；(决定半导体器件最高工作温度，450摄氏度下可正常工作)3电子迁移率高；4电子有效质量低（杂质电离能小，低温下仍可电离，可制成低温下工作的器件）；5光电转换效率高；6具有负阻效应；（硅和锗没有）4.3 化合物半导体化合物半导体砷化镓砷化镓GaAs 砷化镓其他III-V族化合物半导体 磷化镓高效率多色性发光材料，光电转换效率高，低电耗下可以获得高亮度。可用于制作可见光发光二极管和数码管。 磷化铟与砷化镓很相似，迁移率大于砷化镓，负阻效应更加明显，可用于制作微波震荡器件。 锑化铟和砷化铟 光电探测器，半导体适合制作霍尔器件。固溶体半导体 由两种或两种以上的元素或化合物半导体相互溶合而成的材料。随着每种元素比例的改变材料的