半导体材料能带结构 半导体材料能带结构 (energy band structure in semiconductor) 用量子力学的基本方程——薛定锷(Schroedinger)方程来解固体中处于周期电场中的电子波函数的理论,用它可描述半导体材料的许多电学和光学性质。 孤立原子的电子能量仅是孤立的能级,若有许多原子组成周期场,则孤立的能级会分裂成能带。例如硅原子有4个价电子,其中2个处于3s态,2个处于2p态。当对原子靠近时,价电子态转变为s和p的混合态。硅原子按周期场排列时,每个原子与最相邻的原子形成共价键。电子状态出现上下两个许可带,又称允带。如果处于最低的能量状态,则下面的允带被填满,称为满带,或价带EV;上面的允带全部空着,称为空带,又称导带EC。在允带之间无电子能级存在,称为带隙,或禁带Eg。(图1) 根据泡利不相容原理,每个能态(包括电子自旋)最多只允许被一个电子占有,而一个能态被电子占有的几率服从费米一狄拉克统计。可以定义一个参考能级,称费米能级EF,在这个能级位置上电子的占有几率为50%。在绝对零度下(T=0K),费米能级以下的能级全部被电子占有,而以上的能级都是空的。随着温度升高,电子由费米能级以下的能级被激发到费米能级以上的能级来,此时各能态上的电子占有几率P(E)由下式表示: ![]() 晶体中电子能量E对应波函数波矢绝对值K的依赖关系,一般来说在禁带附近E—K曲线呈抛物线型,意味着电子近似于一个具有一定有效质量的自由粒子,有效质量一般比自由电子静止质量小。有效质量的大小意味着在外电场作用下运动的难易程度。对硅、锗来说,导带等能面为旋转椭球面,沿长轴和短轴的有效质量分别称为纵向和横向有效质量m1和mt。价带极大值位于 ![]() ![]() 价带极大值和导带极小值都位于 ![]() ![]() ![]() 半导体材料能带结构图,更多相关内容请关注机电百科(http://www.jidianbook.com/) 除非注明,文章均为机电百科整理发布,转载请注明本文地址: |
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