2022-2023學年高二物理競賽課件：半導體的能帶

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半導體的能帶

半導體的能帶1.元素半導體的能帶結構金剛石結構xyz設B沿kx,ky,kz

軸的方向余弦分別為

，

，則如果等能面是橢球面，則有效質量是各向異性的。沿kx,ky,kz

軸方向分別為mx*,my*,mz*。導帶價帶硅和鍺的能帶結構[0ī0][100][00ī][010][ī00][001]硅導帶等能面示意圖極大值點k0在坐標軸上。共有6個形狀一樣的旋轉橢球等能面。(1)導帶ABCD導帶最低能值[100]方向

硅的能帶結構

價帶極大值

位于布里淵區(qū)的中心（坐標原點K=0）存在極大值相重合的兩個價帶

外面的能帶曲率小，對應的有效質量大，稱該能帶中的空穴為重空穴，(mp*)h

。內能帶的曲率大，對應的有效質量小，稱此能帶中的空穴為輕空穴，（mp*)l

。

E(k)為球形等能面（2）價帶鍺的能帶結構

導帶最低能值

[111]方向布里淵區(qū)邊界存在有四個這種能量最小值

E(k)為以[111]方向為旋轉軸的橢圓等能面價帶極大值

位于布里淵區(qū)的中心（K=0）

存在極大值相重合的兩個價帶

外面的能帶曲率小，對應的有效質量大，稱該能帶中的空穴為重空穴。內能帶的曲率大，對應的有效質量小，稱此能帶中的空穴為輕空穴。

禁帶寬度Eg隨溫度增加而減小且Si：dEg/dT=-2.8×10-4eV/K

Ge:dEg/dT=-3.9×10-4eV/KEg:

T=0:Eg(Si)=0.7437eV

Eg(Ge)=1.170eV

Ge、Si能帶結構的主要特征

多能谷結構：

鍺、硅的導帶分別存在四個和六個這種能量最小值，導帶電子主要分布在這些極值附近，通常稱鍺、硅的導帶具有~。

間接帶隙半導體：

硅和鍺的導帶底和價帶頂在k

空間處于不同的k

值。2.III－V族化合物的能帶結構GaAs的能帶結構閃鋅礦結構EGaAsEg0·36eVLΓX[111][100]導帶有兩個極小值：一個在k=0處，

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