半导体物理第九章

2007-12-51第九章异质结前言：有两种不同的半导体单晶材料组成的结称为异质结。异质结与同质结的最大区别在于：由于成结的两种半导体材料具有不同的禁带宽度，而出现特殊的结区能带结构和特性。学习内容：异质结能带结构；异质结的主要应用2007-12-52异质结能带图2007-12-53异质结分类1.反型异质结(p)Ge-(n)GaAs，(p)Ge-(n)Si，(p)Si-(n)GaAs，(p)Si-(n)ZnS等等；2.同型异质结(n)Ge-(n)GaAs，(p)Ge-(p)GaAs，(n)Ge-(n)Si，(n)Si-(n)GaAs等等；注：通常将禁带宽度小的材料写前面；1.突变异质结（过渡发生于几个原子距离）2.缓变异质结（过渡发生于几个扩散长度）2007-12-54VacuumlevelΔEcΔEvEcnEvnEFnχGeWGeEcpEvpEFpχGaAsWGaAsE突变反型异质结qVD1qVD2qVD2007-12-55接触后界面处能带图的特征12FFFEEE==界面两侧：界面处：,cvEEΔΔ1221DDDFFqVqVqVEE接触前后不变，故出现能带突变=+=−122112()()cvggEEEEχχDV为接触电势差χχΔ=−Δ=−−−注：上述关系对于所有突变异质结均适用，也可作为画能带图的依据！2007-12-56突变同型异质结VacuumlevelΔEcEcnEFnEvnχGeWGeEcnEvnEFnχGaAsWGaAsEqVD1qVD2qVDΔEvqVD2007-12-57异质结在器件中的应用1.激光器；2.电致发光二极管（LED）；3.光电探测器；4.应变传感器；2007-12-58单异质结激光器2007-12-59双异质结激光器2007-12-510半导体超晶格超晶格：交替生长两种半导体薄层组成的一维周期性结构，而其薄层厚度的周期小于电子的平均自由程的人造材料。制造工艺：MBE，MOCVD;Eg1Eg22007-12-5112DEG/2DHG:电子或空穴在XY平面内自由，而在Z方向能量被约束，这些电子称为二维电子气或二维空穴气；子能带：由于在Z方向受到附加周期性势场的作用，Ez-kz曲线出现不连续；,1,2,3...2znknl=±=±±±从而将原布里源区划分为了许多微小的布里渊区；形成子能带；超晶格中的二维电子气2007-12-512半导体超晶格的应用量子阱激光器；量子阱光电探测器；光学双稳态器件；调制掺杂场效应晶体管；2007-12-513第十二章半导体磁和压阻效应霍尔效应yHxxERJB=RH称为霍耳系数2007-12-5142007-12-515空穴霍耳效应xxJpqv=洛伦兹力：-y方向xzqvB电场Ex作用下电流密度：平衡时霍耳电场将抵消洛伦兹力0yxzqEqvB−=xyzJEBpq=可见10HRpq=2007-12-516电子霍耳效应xxJnqv=洛伦兹力：-y方向xzqvB电场Ex作用下，电子沿-x方向运动平衡时霍耳电场将抵消洛伦兹力0yxzqEqvB−−=xyzJEBnq=−可见10HRnq=−2007-12-517由于霍耳电场，使得半导体内部电场方向与电流方向不一致；它们之间的夹角称为霍耳角ypxEtgEθ=由于：yxzyxzEvBEvB==−（p型）（n型）ppznnztgBtgBθμθμ==霍耳角ynxEtgEθ=−2007-12-518霍耳系数的测量通常采用细长的矩形样品。设长为l，宽为b，厚度为d。则HyVEb=xxIJbd=xzHHIBVRd=HHxzVdRIB=2007-12-519霍耳效应的应用¾Thecarrierconcentrationmaybedifferentfromtheimpurityconcentration¾Tomeasurethecarrierconcentrationdirectly¾Toshowtheexistenceofholesaschargecarrier¾Givedirectlythecarriertype¾Halleffectbaseddevices(测量技术，自动化技术等)2007-12-520霍尔效应作业：12007-12-521异质结、霍尔效应异质结要求：异质结概念；异质结分类；异质结能带图；异质结主要应用；霍尔效应要求：霍尔效应概念；霍尔系数定义及其测量；霍耳角；霍尔效应应用；