则B原子含量～1018cm?3np=1.5×1010温度下：本征迸发杂质迸发导带中电子含量nn=1.5×?3满带中空穴含量设Si中B的浓度为10－4+1018=1018cm?3空穴是多数自旋，电子是少数栅极。空穴含量np～受主杂质含量na在p型半导体中：Si原子含量～1022cm?33.n型化合物半导体诸如，化合物GaAs中掺Te，六价的Te取代五价的As可产生道友基态，成为n型GaAs杂质半导体。4.p型化合物半导体诸如，化合物GaAs中掺Zn，二价的Zn代替三价的Ga可产生受主基态，成为p型GaAs杂质半导体。三.杂质的补偿作用实际的半导体中既有道友杂质（含量nd），又有受主杂质（含量na），两种杂质有补偿作用：若nd?na——为n型（道友）若nd?na——为p型（受主）借助杂质的补偿作用，可以制成p-n结。§4.4p-n结一.p-n结的产生在n型半导体基片的右侧掺入较高含量的面附近形成了一个内建制止电子和空穴进一步扩散。电子和空穴的扩散，在p型和n型半导体交界p型半导体(补偿作用)。
受主杂质，（电）场该区就成为n型p型内建场大到一定程度，不再有净电荷的流动，达到了新的平衡。在p型和n型交界面附近产生的这些特殊结构称为p-n结（抵挡层，用尽层），其长度约为0.1?m。p-n结p型n型U0电势电子电势能p-n结np因为p-n结的存在，电子的能量应考虑进势这使电子能带出现弯曲：空带空带p-n结道友基态受主基态满带满带垒带来的附加势能。二.p-n结的双向导电性1.正向展宽p-n结的p型区接电源负极，叫正向展宽。向p区运动，抵挡层势垒增加、变窄，有利于空穴向n区运动，也有利于电子和反向，这种都产生正向电压（mＡ级）。p型n型I+?外加正向电流越大，产生的正向电压也越大，且呈非线性的伏安特点。U（伏）302010（毫安）正向00.21.0I锗管的伏安特点曲线2.反向展宽p-n结的p型区接电源正极，叫反向展宽。也不利于电抵挡层势垒下降、变宽，不利于空穴向n区运动，和同向，会产生很弱的反向电压，称漏电压（?Ａ级）。I无正向电压p型n型+?子向p区运动。
然而因为少数自旋的存在，当外电场很强，反向电流超过某一数值后，反向电压会随之减小—反向击穿。V(伏)I-10-20-30（微安）反向-20-30用p?n结的双向导电性，击穿电流用p?n结的光生伏特效应，可制成光电瓶。p-n结的应用：做检波、开关用。加反向展宽时，p?n结的伏安特点曲线如左图。可制成晶体三极管（diode），△§4.5半导体元件（自学书第4.7节）p-n结的适当组合可以作成具有放大作用的晶体二极管（）和其他一些半导体元件。集成电路大规模集成电路超大规模集成电路晶体管（1947）（1962）（80年代）103105甚大规模集成电路巨大规模集成电路107109（70年代）（90年代）（现今）晶体管的发明1947年12月23日，日本贝尔实验室的半导体小组作出世界上第一只具有放大作用的点接触型晶体二极管。1956年小组的三位成员获诺贝尔化学奖。巴丁J.布拉顿W.H.肖克利W.每一个集成块（图中一个长圆形部份）约为右手甲大小，它有300多万个二极管。
INMOST900微处理器同质结激光器—由同种材料制成的p-n结半导体激光器分两类：异质结激光器—由两种不同材料制成的p-I-n§4.6半导体激光器（补充）半导体激光器是光纤通信中的重要光源，在创建信息高速道路的工程中起着极重要的作用。（重参杂）结（I为本征半导体）重参杂pn满带空带pn满带空带普通参杂1.同质结激光器加正向展宽V?粒子数反转。pn抵挡层E内-++-+-+-+-Ｅ外E内pn抵挡层+-----++++pn满带空带eU0pn满带空带e(U0-V)电子空穴复合发光，由自发幅射导致受激幅射。.解理面p-n结p-n结它的两个锥面就相当于两个反射镜，光振荡并利于选频。．的反射系数，激励能源就是外接电源（电泵）。使电子空穴的复合不断进行，维持激光的输出。p-n结本身就产生一个光学谐振腔，它提供正向电压，适当镀膜达到所要求可产生解理面p-n结核心部份：p型GaAsn型GaAs典型规格（?m）：长L=250-500宽W=5-10厚d=0.1-0.2GaAs同质结半导体激光器2.异质结激光器作为概念上的过渡，先介绍同质p-I-n结。
同质结的缺点是须要重参杂，且光耗损大。加正向展宽实现粒子数反转。须要电流较高。导带禁带价带pInpIn-------++++++E内U0导带禁带价带三块半导体紧密接触，产生p-I-n结Inp（本征）+-pInE内E外异质p-I-n结激光器：Ga1-xAlxAsGaAsGa1-xAlxAs加正向展宽后，很容易实现粒子数反转。GaAs和,晶格常数基本相同，禁带长度不同，折射率不同紧密接触,产生p-I-n结导带禁带价带pIn导带禁带价带U0InppIn-------++++++E内+-pInE内E外（2）GaAs的折射率比右侧高5%，可形成全实际使用的都是异质结激光器。异质结激光器的优点：（1）无须重参杂；（3）阀值电压密度低，可在温度下连续工作。反射，把激光束限制在激活区内；半导体激光器的特性：功率可达102mW效率高制造便捷成本低所需电抬高（对GaAs只需1.5V）容积小极易与光纤接合电能直接弄成光能寿命长可达百万小时用于激光通信、信息存储、处理和显示元件、测距、制导、夜视等。
*固体的能带结构第4章2005年夏季学期目录§4.1固体的能带§3.2导体和绝缘体§4.3半导体的导电机构§4.4p?n结△§4.5半导体元件§4.6半导体激光器（补充）固体化学既是一门综合性的理论学科又和固体化学是信息技术的化学基础1928-29构建能带理论并由实验否认1947发明晶体管1962制成集成电路实际应用紧密结合（材料、激光、半导体…）.4万万万万万集成度每10年降低1000倍！1971intel4004微处理器芯片2300晶体管集成度的每一步提升，都和表面化学及光刻没有晶体管和超大规模集成电路，就没有计如今在一个面积比邮品还小的芯片上可以集其上可以集成109个器件，度只有0.12微米。成一个系统，的研究分不开。算机的普遍应用和明天的信息处理技术。沟道长先看两个原子的情况.Mg.Mg按照泡利不相容原理，原先的基态已塞满不能再填充电子1s2s2p3s3p1s2s2p3s3p§4.1固体的能带—分裂为两条各原子间的互相作用?原先孤立原子的基态发生分裂若有N个原子组成一体，对于原先孤立原子的一个基态，就分裂成N条靠得很近的基态，能带的长度记作?E?E～eV的量级若N~1023，则能带中两相邻基态的宽度称为能带（band）。
约为10-23eV。基态能带N条能隙锗与量子通讯，禁带?E通常规律：1.越是内层电子，能带越宽，?E越大；2.点阵宽度越小，能带越宽，?E越大；3.两个能带有可能重叠。离子宽度a2P2S1SE0能带重叠示意图一.电子在周期势场中的运动电子共有化孤立原子中电子的势阱电子基态+势垒固体（这儿指晶体）具有由大量分子、电子遭到周期性势场的作用：a原子或离子的规则排列而成的点阵结构。解定态薛定谔等式，可以得出两点1.电子的能量是量子化的；2.电子的运动有隧洞效应。原子的内层电子（在高基态）势垒穿透原子的外层电子与原子核结合较紧，通常机率较大，电子可以在整个固体中运动，称为共有化电子。重要推论：不是共有化电子。二.能带中电子的排布固体中的一个电子只能处在某个能带中1.排布原则：（1）服从泡里不相容原理（费米子）（2）服从能量最小原理对孤立原子的一个基态Enl，它最多能这一基态分裂成由N个基态组成的能带，的某一基态上。容纳2(2l+1)个电子。一个能带最多能容纳2(2l+1)N个电子。
2p、3p能带，最多容纳6Ｎ个电子。诸如，1s、2s能带，最多容纳2Ｎ个电子。每位能带最多容纳2Ｎ个电子每位能带最多容纳6Ｎ个电子单个Mg原子1s2s2p3s3p晶体Mg（N个原子）电子排布应从最低的基态排起。满带：塞满电子的能带。空带：没有电子抢占的能带。不满带：未塞满电子的能带。禁带：不能填充电子的能区。价带：和价电子基态相应的能带，对半导体，价带一般是满带。即最高的充有电子的能带。2.几个概念满带E不满带禁带禁带价带空带不满带或满带以上最低的空带，称为导带。3.能带中电子的导电性满带不导电：…电子交换能态并不改变能量状态，所以满带不导电。电子在电场作用下作定向运动，得到附加能量，电子能量发生变化。导带导电：导带中电子能够改变能量。导电性：Ep价带(满带)空带(导带)不满带(导带)EEp导带导电：§4.2导体和绝缘体它们的导电性能不同，是由于它们的能带结构不同。固体按导电性能的高低可以分为导体半导体绝缘体一.导体的能带结构空带导带E个别一价金属，如:Li…满带空带E个别二价金属，如:Be,Ca,Mg,Zn,Ba…导带空带E如:Na,K,Cu,Al,Ag…导体在外电场的作用下，大量共有化电子从基态图上来看，是由于其共有化电子很易从低基态跃迁到高基态起来。
E很易获得能量，集体定向流动产生电压。二.绝缘体的能带结构E空带空带满带禁带ΔEg=3～6eV从基态图来看，是由于满带绝缘体在外电场的作用下，当外电场足够强时，共有化电子还是能跨过共有化电子很难从低基态（满带）跃迁到高基态（空带）起来。的能量，所以形不成电压。（?Eg：3～6eV），与空带间有一个较宽的禁带禁带跃迁到里面的空带中，使绝缘体被击穿。共有化电子很难接受外电场§4.3半导体的导电机构一.本征半导体（）本征半导体是指纯净的半导体。本征半导体的导电性能在导体与绝缘体之间。1.本征半导体的能带结构?Eg=0.1?2eVE空带（导带）满带禁带本征半导体所以加热、光照、加电场都能把电子从满带激到发空带中去，同时在满带中产生“空穴”（hole）。半导体的禁带长度ΔEg很窄（0.1～2eV），比如半导体CdS：满带空带h??Eg=2.42eV满带上的一个电子跃迁到空带后，满带中出现一个带正电的空位，称为“空穴”。电子和空穴总是成对出现的。电子和空穴叫本征自旋，它们产生半导体的本征导电性。
当光照h?>ΔEg时，可发生本征吸收，产生本征光浊度。2.两种导电机构（1）电子导电—半导体的主要氮化物是电子解【例】要使半导体CdS形成本征光浊度，求迸发电子的光波的波长最大多长？在外电场作用下，电子可以跃迁到空穴上来，这相当于空穴反向跃迁。空穴跃迁也产生电压，这称为空穴导电。空带满带?Eg（2）空穴导电—半导体的主要氮化物是空穴当外电场足够强时，共有化电子还是能越【思考】为什么导体的阻值随气温下降而下降，而半导体的阻值却随气温下降而减少？半导体导体击穿过禁带跃迁到里面的空带中，使半导体击穿。二.杂质（）半导体1.n型半导体又称n型半导体。量子热学表明锗与量子通讯，这些参杂后多余的电子的基态在禁带中靠近空带处，?ED～10-2eV，极易产生电子导电。本征半导体Si、Ge等的四个价电子，与另四个原子产生共价结合，当掺入少量五价的杂质元素（如P、As等）时，就产生了电子型半导体，n型半导体空带满带道友基态EDEgSiSiSiSiSiSiSiP这些紧靠空带的附加基态称为道友（donor）基态。
如右图示：则P原子含量～1018cm?3np=1.5×1010cm?3+1018=1018cm?3温度下：本征迸发杂质迸发导带中电子含量nn=1.5×1010满带中空穴含量设Si中P的浓度为10?4电子是多数自旋，空穴是少数氮化物。在n型半导体中：电子含量nn～施主杂质含量ndSi原子含量～1022cm?32.p型半导体四价的本征半导体Si、Ｇe等掺入少量三价的杂质元素（如Ｂ、Ga、In等）时，就产生空穴型半导体，又称p型半导体。量子热学表明，这些参杂后多余的空穴基态在禁带中靠近满带处，?EA<10-1eV，极易形成空穴导电。空带EA满带受主基态P型半导体SiSiSiSiSiSiSi+BEg这些紧靠满带的附加基态称为受主（）基态。如右图示：*