金刚石结构和闪锌矿结构的异同(DOC32页).doc

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金刚石结构和闪锌矿结构的异同：
闪锌矿结构除去由两类不同原子占据着晶格的交替位置外，与金刚石结构是完全相同的。两种不同原子之间的化学键主要是共价键，同时又具有离子键成分即混合键。因此闪锌矿结构在半导体特性及电学、光学性质上除与金刚石结构有许多相同处外又有许多不同之处。
能带结构：1）带隙结构;
直接带隙：导带底和价带顶位于k空间同一点。
间接带隙：导带底和价带顶位于k空间不同点。
2) 导带结构
半导体材料的导带结构是比较复杂的，对材料的性能和应用有明显的影响，下面以Si、Ge、GaAs为例作简单介绍：
a)实验发现GaAs的导带底附近等能面形状为球面，Ge、Si的等能面为旋转椭球面。因此GaAs的许多性质(如电阻率、磁阻效应等)呈各向同性，可用标量表示, Ge、Si的许多性质呈各向异性。
b)如果导带极值不在k空间原点，按对称性的要求，必然存在若干个等价的能谷，人们把具有数个能谷的半导体称为多能谷半导体，如Ge和Si是典型的多能谷半导体。相反，如果导带极值在k空间原点处，只有单个极值，人们把此种半导体称为单能谷半导体，如GaAs为单能谷半导体。
c) 多能谷半导体可用来制作压阻器件。如Si的导带底处在（100)方向，距原点约5/6处，因此它有6个对称的等价能谷，且每个等能面为旋转椭球面，电子的纵向有效质量大于横向有效质量，因而沿椭球主轴方向的纵向迁移率小于垂直于主轴方向的横向迁移率。
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当从x轴对N型硅施加压力时，导带结构发生变化，y轴和z轴上能谷的电子转移到x轴上的能谷，由于有效质量变化，使x轴方向电导率减少，因此硅是制作压阻器件的一种材料。
d) 存在多种能量极值的半导体材料，由于不同极值处导带的曲率不同，而且其曲率与该处电子的有效质量成反比，则发生转移电子效应。
如GaAs的导带在位于(100)方向的极值(可称为子能谷)比位于k空间原点的极值(可称为主能谷) eV，而且前者电子的有效质量较大，迁移率较低，因此在强电场作用下，电子从原点极值转移到(100)方向极值处时，利用此特性GaAs可以制作转移电子器件。根据实验表明InP是制作转移器件的更好的材料。
压阻效应：即施加压力而引起电阻值变化。因此具有明显压阻效应的材料可作压力传感器
转移电子效应：导电的电子从高迁移率的能谷转移到低迁移率但有较高能量的亚能谷。
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载流子浓度：对于掺杂的非简并半导体，可得导带底的电子浓度为：
n = N- exp [- (Ec-EF) /kBT ]
价带顶的空穴浓度为： p = N+ exp [- (EF-Ev) /kBT
np = N- N+ exp [- (Ec-Ev)/kBT] = N- N+ exp [- Eg/kBT]
迁移率的物理含义：
令在两次碰撞之间电子作自由运动时，电场ε给电子的冲量等于该期间电子获得的动量，即可得到电子的漂移速度，所以：
即电子的漂移速度与外电场ε成正比，比例常数与驰豫时间及有效质量有关，该比例常数称为电子迁移率μ。
载流子的迁移率，即单位电场下载流子漂移的速度。它描述了外加电场对电子运动的影响程度
晶格散射的影响：
电离杂质的影响：
当同时有几种散射作用时，总的迁移率与各种迁移率关系为：
1/m = 1/ m1 + 1/ m2 + 1/ m3 + ……
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一般只考虑晶格振动散射和电离杂质散射。载流子迁移率与掺杂浓度有关 在一定温度下，晶体中杂质较少时，电离杂质散射影响小，载流子迁移率数值平稳。掺杂浓度增加，电离杂质散射作用增强，载流子迁移率显著下降。
非平衡载流子：
在外界作用下，材料中的电子浓度和空穴浓度都是偏离平衡值的，多出来的这部分载流子叫做非平衡载流子(过剩载流子)，通常用光注入或电注入方法产生非平衡载流子。
p-n 结的特性
p-n结伏安特性指通过p-n结的电流与外加电压的关