固體中的電子

1、氣體氣體 液體液體 固體固體 晶晶 體體 非晶體非晶體 晶晶 體：大量分子、原子或離子有規(guī)則排列體：大量分子、原子或離子有規(guī)則排列 的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 電子受到周期性勢(shì)場(chǎng)的作用。電子受到周期性勢(shì)場(chǎng)的作用。 凝聚態(tài)物理是量子力學(xué)的應(yīng)用很普遍的領(lǐng)域凝聚態(tài)物理是量子力學(xué)的應(yīng)用很普遍的領(lǐng)域 前前 言言 研究對(duì)象：固體材料、半導(dǎo)體、激光（固體、研究對(duì)象：固體材料、半導(dǎo)體、激光（固體、 半導(dǎo)體）、超導(dǎo)（高溫、低溫）等。半導(dǎo)體）、超導(dǎo)（高溫、低溫）等。 第四章第四章 固體中的電子固體中的電子 4、1 自由電子氣體按能量的分布自由電子氣體按能量的分布 *4、2 量子統(tǒng)計(jì)量子統(tǒng)計(jì) 4、3 能帶能帶 導(dǎo)體和絕緣

2、體導(dǎo)體和絕緣體 4、4 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 4、5 PN結(jié)結(jié) 4、1 自由電子氣體按能量的分布自由電子氣體按能量的分布 金屬中的電子受到金屬中的電子受到周期周期排布的晶格上離子排布的晶格上離子 庫(kù)侖力的作用。庫(kù)侖力的作用。 一一 維維 晶晶 體體 晶格、點(diǎn)陣晶格、點(diǎn)陣 ( )U x 1 12 2 兩點(diǎn)重要結(jié)論兩點(diǎn)重要結(jié)論: (1) 電子的能量是量子化的電子的能量是量子化的 (2) 電子的運(yùn)動(dòng)有隧道效應(yīng)電子的運(yùn)動(dòng)有隧道效應(yīng) 兩類電子兩類電子 (1) 蕊電子蕊電子 (2) 價(jià)電子價(jià)電子 價(jià)電子的勢(shì)壘穿透概率較大價(jià)電子的勢(shì)壘穿透概率較大 在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng)在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng), 稱為稱為共有化電子共有化電子 考

3、慮電子受離子與其它電子的庫(kù)侖作用考慮電子受離子與其它電子的庫(kù)侖作用 平均場(chǎng)近似平均場(chǎng)近似下，金屬原子的下，金屬原子的價(jià)電子價(jià)電子是在均是在均 勻的勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，金屬表面對(duì)電子可近似看作勻的勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，金屬表面對(duì)電子可近似看作 無(wú)限高勢(shì)壘。無(wú)限高勢(shì)壘。(功函數(shù)遠(yuǎn)大于電子動(dòng)能功函數(shù)遠(yuǎn)大于電子動(dòng)能) 這些價(jià)電子稱為這些價(jià)電子稱為自由電子。自由電子。 外部 內(nèi)部0 U 如果考慮立方體形狀，如果考慮立方體形狀，N個(gè)自由電子好象個(gè)自由電子好象 是裝在三維盒子里的是裝在三維盒子里的氣體氣體。 金屬自由電子氣體模型金屬自由電子氣體模型 xx k Ln 2 x x n L 同理對(duì) y,z 2 x x k 1,2,

4、3,. x n 每個(gè)電子都要滿足駐波條件每個(gè)電子都要滿足駐波條件 L L L 自由電子氣體自由電子氣體, 電子能量是量子化的電子能量是量子化的 相同的能量對(duì)應(yīng)許多不同的狀態(tài)相同的能量對(duì)應(yīng)許多不同的狀態(tài) (簡(jiǎn)并態(tài)簡(jiǎn)并態(tài)) (2,1,1)(1,2,1)(1,1,2) (nx, ny, nz) 量子數(shù)量子數(shù) 表示電子狀態(tài)表示電子狀態(tài) 222 , xyz xyz LLL nnn , y xz xyz n nn ppp LLL 222 222 2 () 22 xyz ee p Ennn mm L 自由電子氣體自由電子氣體(量子氣體量子氣體), 按能量分布按能量分布 ? 能量最低原則能量最低原則 泡利不相

5、容原理泡利不相容原理 N個(gè)電子如何排布的問(wèn)題個(gè)電子如何排布的問(wèn)題 每個(gè)每個(gè)(nx, ny, nz) , 占據(jù)一個(gè)電子占據(jù)一個(gè)電子 (不考慮自旋不考慮自旋) 在量子數(shù)空間在量子數(shù)空間 (nx, ny, nz) 0, 第一象限內(nèi)第一象限內(nèi) 從原點(diǎn)附近開(kāi)始從原點(diǎn)附近開(kāi)始, 一個(gè)球面接著一個(gè)向外填一個(gè)球面接著一個(gè)向外填 2 2222 22 2 e xyz m L nnnER 一個(gè)整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)一個(gè)整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)一個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)狀態(tài) 整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù)整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù) 與體積數(shù)相當(dāng)與體積數(shù)相當(dāng) 例如例如, 邊長(zhǎng)為邊長(zhǎng)為10 個(gè)單位的立方體個(gè)單位的立方體 狀態(tài)空間內(nèi)狀態(tài)空間內(nèi)整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)其體積，整數(shù)坐

6、標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)其體積， 所以所以狀態(tài)空間內(nèi)狀態(tài)空間內(nèi)體積就是狀態(tài)數(shù)目。體積就是狀態(tài)數(shù)目。 考慮自旋以后考慮自旋以后，小于能量，小于能量 E 的狀態(tài)數(shù)目應(yīng)為的狀態(tài)數(shù)目應(yīng)為 所有自由電子按能量從低到高占據(jù)可能的狀態(tài)，所有自由電子按能量從低到高占據(jù)可能的狀態(tài)， 最高能量達(dá)到最高能量達(dá)到 EF -費(fèi)米能量或能級(jí)費(fèi)米能量或能級(jí) 33/2 3/2 23 1 2 3 F e L E Nm 33/2 3/2 3 23 1 41 22 833 Ee L E NRm 3/2 2 3/22 2 )3(n m E e F 其中其中 n 金屬內(nèi)自由電子數(shù)密度金屬內(nèi)自由電子數(shù)密度 3 NN n LV 能量區(qū)間能量區(qū)間 E

7、E+dE 電子數(shù)目百分比電子數(shù)目百分比 E dN N 1/2 3/2 3 2 F F EdEEE E 銅電子數(shù)密度銅電子數(shù)密度 8.49 1028/m3 7.05eV F E 0 F EE E dEE NN N 速率區(qū)間速率區(qū)間 +d 附近附近電子數(shù)目百分比電子數(shù)目百分比 dN N 2 3 3 F F d 平均速率平均速率 3 3 0 33 4 F F F dN d N 2 1 2 e Em 2 1 2 FeF Em 6 1.57 10 m/s F 0 F E dN N dEEg V dN E )( 單位體積內(nèi)單位體積內(nèi), 能量區(qū)間能量區(qū)間 EE+dE 內(nèi)的狀態(tài)數(shù)內(nèi)的狀態(tài)數(shù) 電子是按能量電子是

8、按能量規(guī)則地規(guī)則地從低向高排布，從低向高排布， 一個(gè)態(tài)一個(gè)電子（泡利不相容原理）一個(gè)態(tài)一個(gè)電子（泡利不相容原理） 3/2 1/2 23 (2) ( ) 2 Ee dNm g EE VdE ( ) 0 F E F g E dEEE dN EEV 能量區(qū)間能量區(qū)間 EE+dE 電子數(shù)電子數(shù)密度密度 - 態(tài)密度態(tài)密度 EFE T = 0 0 1 f(E) 小于費(fèi)米能量態(tài)，電子占據(jù)幾率小于費(fèi)米能量態(tài)，電子占據(jù)幾率 1 大于費(fèi)米能量態(tài)，電子占據(jù)幾率大于費(fèi)米能量態(tài)，電子占據(jù)幾率 0 系統(tǒng)系統(tǒng) T = 0 小于費(fèi)米能量，電子數(shù)小于費(fèi)米能量，電子數(shù) = 狀態(tài)數(shù)狀態(tài)數(shù) *4、2 量子統(tǒng)計(jì)量子統(tǒng)計(jì) T 0K ()

9、/ 1 ( ) 1 EkT f E e 費(fèi)米費(fèi)米-狄拉克分布狄拉克分布 /EkTE kT kT e F E )0( )(T T 0 EFE T = 0 0 1 f(E) 常溫下常溫下 絕大多數(shù)電子的絕大多數(shù)電子的 能量是不改變的能量是不改變的 F EkT T 0K, 能量區(qū)間能量區(qū)間 EE+dE 費(fèi)米子密度費(fèi)米子密度 ()/ 3/21/2 23()/ ( ) 1 (2) 2(1) E E EkT e EkT dNg E dE dn Ve mEdE e F E ( ) ( ) E dN f E g E dE V 自由電子氣體數(shù)密度按能量的分布自由電子氣體數(shù)密度按能量的分布 1/2 ( )g EE

10、 ()/ ( ) 1 EkT g E e 費(fèi)米子密度費(fèi)米子密度 狀態(tài)數(shù)目狀態(tài)數(shù)目 F EkT 溫度升高溫度升高 T 0K, 每個(gè)態(tài)的每個(gè)態(tài)的玻色子玻色子占據(jù)幾率占據(jù)幾率 ()/ 1 ( ) 1 EkT f E e 玻色玻色-愛(ài)因斯坦分布愛(ài)因斯坦分布 /EkTE kT kT e 單位體積內(nèi)單位體積內(nèi) E 附近單位能量區(qū)間附近單位能量區(qū)間態(tài)密度態(tài)密度 g(E) T 0K, 能量區(qū)間能量區(qū)間 EE+dE 玻色子數(shù)密度玻色子數(shù)密度 ( ) ( ) E dN f E g E dE V )(T 總的玻色子數(shù)密度總的玻色子數(shù)密度 ()/ 0 ( ) ( , ) 1 EkT g E ndET e 0 相變溫度

11、相變溫度 玻色玻色-愛(ài)因斯坦凝聚愛(ài)因斯坦凝聚 ( ,0) cc TT n 動(dòng)量為零的玻色子數(shù)目開(kāi)始明顯上升動(dòng)量為零的玻色子數(shù)目開(kāi)始明顯上升 光子（玻色子）光子（玻色子）在方盒子內(nèi)在方盒子內(nèi) 小于能量小于能量 E 的狀態(tài)數(shù)目應(yīng)為的狀態(tài)數(shù)目應(yīng)為 33 3 233 1 4 2 833 E L E NR c , y xz xyz n nn ppp LLL 222 xyz c Epcnnn L 單位體積內(nèi)單位體積內(nèi) E 附近單位能量區(qū)間附近單位能量區(qū)間態(tài)密度態(tài)密度 2 233 ( ) E dNE g E VdEc E 附近附近單位能量區(qū)間單位能量區(qū)間光子數(shù)密度光子數(shù)密度 1 )( / kTE E E e

12、 Eg VdE dN n 光子數(shù)不守恒光子數(shù)不守恒, 所以所以, 光子的化學(xué)勢(shì)光子的化學(xué)勢(shì) = 0 T 0K, 能量區(qū)間能量區(qū)間 EE+dE 光子數(shù)密度光子數(shù)密度 ( ) ( ) E dN f E g E dE V ) 1(4 )( 4 1 / kTE EE e EEcg cnEM 能量為（能量為（光譜輻射出射度光譜輻射出射度） hE 1 2 /2 3 kTh e d c h dM 單位時(shí)間內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)，E 附近附近單位能量區(qū)間單位能量區(qū)間的光子打在的光子打在 單位面積上的數(shù)目單位面積上的數(shù)目 cnE 4 1 正是普朗克熱輻射公式正是普朗克熱輻射公式 一、能帶一、能帶(energy band

13、) 4、3 能帶能帶 導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體和絕緣體 自由電子近似過(guò)于簡(jiǎn)單自由電子近似過(guò)于簡(jiǎn)單 ( )U x ( )U x 要考慮與晶格散射要考慮與晶格散射 布拉格衍射極大條件布拉格衍射極大條件2 sindnn 整數(shù) 2an 反射極大反射極大 n k a 222 22 pk E mm 這種能量的電子不能自由傳播這種能量的電子不能自由傳播 ikx e 1,2,3,.n E k 22 2 k E m 2Ln n k L k L k E /a2 /a/a2 /a 禁帶禁帶 能帶能帶 禁帶禁帶 a /a2 /a/a2 /a (1) 越是外層越是外層 電子電子, 能帶越能帶越 寬，寬， E越大越大 (2) 點(diǎn)

14、陣間距點(diǎn)陣間距 越小，越小， 能帶能帶 越寬，越寬， E 越大。越大。 (3) 兩個(gè)能帶兩個(gè)能帶 有可能重疊有可能重疊 相互作用使原子能級(jí)發(fā)生分裂相互作用使原子能級(jí)發(fā)生分裂 N條能級(jí)條能級(jí) 一一維維 N個(gè)原子晶體個(gè)原子晶體 二、能帶中電子的排布二、能帶中電子的排布 固體中的一個(gè)電子只能處在某個(gè)能帶中的某一能級(jí)上固體中的一個(gè)電子只能處在某個(gè)能帶中的某一能級(jí)上 排布原則（與單原子相同）排布原則（與單原子相同）: (1) 服從泡里不相容原理服從泡里不相容原理 (費(fèi)米子費(fèi)米子) (2) 服從能量最小原理服從能量最小原理 設(shè)孤立原子的一個(gè)能級(jí)設(shè)孤立原子的一個(gè)能級(jí)Enl, 最多能容納最多能容納2(2l+1

15、)的電子的電子 這一能級(jí)分裂成由這一能級(jí)分裂成由N條能級(jí)條能級(jí)( N個(gè)原子個(gè)原子) 組成的能帶組成的能帶 最多能容納最多能容納2N(2l+1) 個(gè)電子個(gè)電子 例如例如, 1s, 2s 能帶能帶, 最多容納最多容納2N個(gè)電子個(gè)電子 2p, 3p 能帶能帶, 最多容納最多容納6N個(gè)電子個(gè)電子 能帶被電子占據(jù)情況能帶被電子占據(jù)情況: 1. 滿帶滿帶2. 空帶空帶 3. 不滿帶不滿帶4. 禁帶禁帶 滿帶滿帶 空帶空帶 禁帶禁帶 不滿帶不滿帶 對(duì)金屬不滿帶一般稱為對(duì)金屬不滿帶一般稱為 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 只有這種能帶中的電子才能導(dǎo)電只有這種能帶中的電子才能導(dǎo)電 導(dǎo)電導(dǎo)電電子在電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)，電子在電場(chǎng)作用下

16、作定向運(yùn)動(dòng)， 以一定速度漂移以一定速度漂移 v 10 -2 cm/s 價(jià)帶價(jià)帶 或?qū)Щ驅(qū)?禁帶禁帶 電子得到附加能量電子得到附加能量, 要到較高的能級(jí)上去要到較高的能級(jí)上去 只有導(dǎo)帶中的電子才只有導(dǎo)帶中的電子才 有可能有可能 絕緣體絕緣體 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 導(dǎo)體導(dǎo)體 三、三、 導(dǎo)體和絕緣體（導(dǎo)體和絕緣體（ conductor& insulator) 價(jià)帶或?qū)r(jià)帶或?qū)?導(dǎo)帶導(dǎo)帶 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 價(jià)帶價(jià)帶價(jià)帶價(jià)帶 0.23eV 5eV 導(dǎo)導(dǎo) 體體 存在不滿帶存在不滿帶 在外電場(chǎng)的作用下在外電場(chǎng)的作用下, 大量共有化電子很易獲得能量大量共有化電子很易獲得能量, 形成集體的定向流動(dòng)形成集體的定

17、向流動(dòng)(電流電流). 絕緣體絕緣體沒(méi)有不滿帶沒(méi)有不滿帶 在外電場(chǎng)的作用下在外電場(chǎng)的作用下, 共有化電子很難接受外電場(chǎng)的共有化電子很難接受外電場(chǎng)的 能量，形不成電流。能量，形不成電流。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體在在 T = 0K時(shí)時(shí), 為絕緣體為絕緣體 但能隙較窄但能隙較窄, 溫度升高時(shí)溫度升高時(shí),一部分電子從價(jià)帶躍遷一部分電子從價(jià)帶躍遷 到導(dǎo)帶形成不滿帶。到導(dǎo)帶形成不滿帶。 半導(dǎo)體、絕緣體的擊穿半導(dǎo)體、絕緣體的擊穿 外電場(chǎng)非常強(qiáng)時(shí)外電場(chǎng)非常強(qiáng)時(shí),共有化電子還是能越過(guò)禁帶躍遷到上面共有化電子還是能越過(guò)禁帶躍遷到上面 的空帶中去形成電流的的空帶中去形成電流的, 這時(shí)絕緣體被擊穿變成導(dǎo)體了這時(shí)絕緣體被擊穿變成導(dǎo)

18、體了 一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體 純凈的半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體(semiconductor) 沒(méi)有雜質(zhì)沒(méi)有雜質(zhì)、缺陷、缺陷 4、5 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 SiSiSiSi Si Si Si Si原子原子 4個(gè)價(jià)電個(gè)價(jià)電 子，與另子，與另4個(gè)原個(gè)原 子形成共價(jià)結(jié)合子形成共價(jià)結(jié)合 (金剛石型結(jié)構(gòu)金剛石型結(jié)構(gòu)) 電子和電子和空穴空穴成成 對(duì)出現(xiàn)對(duì)出現(xiàn), 以后的以后的 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)互相獨(dú)立互相獨(dú)立 介紹兩個(gè)概念介紹兩個(gè)概念: (1) 電子導(dǎo)電電子導(dǎo)電 . . . . . . 載流子是電子載流子是電子 (2) 空穴導(dǎo)電空穴導(dǎo)電. . . . . . 載流子是空穴載流子是空穴 為什么半導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而降低為什么半

19、導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而降低? 空空 帶帶 滿滿 帶帶 Eg 熱激發(fā)熱激發(fā) / g EkT e 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 應(yīng)用應(yīng)用: 熱敏電阻熱敏電阻 例例： Cd S 滿滿 帶帶 空空 帶帶 Eg=2.42 eV 光子光子h 激發(fā)電子激發(fā)電子, 波長(zhǎng)至少多短？波長(zhǎng)至少多短？ 光激發(fā)光激發(fā) 解：解： hc hE g max ./ . hc E J sm s eVC nm g 663 103 10 24216 10 514 348 19 可見(jiàn)光波段可見(jiàn)光波段應(yīng)用：光敏電阻應(yīng)用：光敏電阻 二、雜質(zhì)半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 1. n 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 四價(jià)的本征半導(dǎo)四價(jià)的本征半導(dǎo) 體體Si ， Ge等，等， 摻入少量

20、摻入少量五價(jià)五價(jià)的的 雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素(如如P, As等等), 形成電子形成電子 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體, 稱稱n型型 半導(dǎo)體半導(dǎo)體. P SiSiSiSi Si Si Si . . . . . . . 施主能級(jí)施主能級(jí) Eg ED 導(dǎo)導(dǎo) 帶帶 價(jià)價(jià) 帶帶 量子力學(xué)表明量子力學(xué)表明, 這種多余電子這種多余電子 的能級(jí)在禁帶中緊靠空帶處的能級(jí)在禁帶中緊靠空帶處 電子電子 . . . 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴 . . . 少數(shù)載流子少數(shù)載流子 10-2 eV , 該能級(jí)稱該能級(jí)稱 為為 施主能級(jí)施主能級(jí)(donor) ED 導(dǎo)帶不再空導(dǎo)帶不再空, 有電子有電子 n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 2. p型半導(dǎo)體

21、型半導(dǎo)體 四價(jià)的本征半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體 Si, Ge等等, 摻入少量摻入少量 三價(jià)的雜質(zhì)元素三價(jià)的雜質(zhì)元素(如如 B, Ga, In等等), 形成空形成空 穴型半導(dǎo)體穴型半導(dǎo)體, 稱稱p型半型半 導(dǎo)體導(dǎo)體 B + SiSiSiSi Si Si Si Ea Eg 受主能級(jí)受主能級(jí) 導(dǎo)導(dǎo) 帶帶 價(jià)價(jià) 帶帶 多余空穴的能級(jí)在多余空穴的能級(jí)在 禁帶中緊靠滿帶處禁帶中緊靠滿帶處 10-2 eV 稱稱 受主能級(jí)受主能級(jí) (acceptor) 在空穴型半導(dǎo)體中在空穴型半導(dǎo)體中 空穴空穴 . . . . . . 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 電子電子 . . . . . . 少數(shù)載流子少數(shù)載流子 3. n型化合物

22、半導(dǎo)體型化合物半導(dǎo)體 例如例如, 化合物化合物 GaAs中摻中摻Te, 六價(jià)六價(jià)Te替代五價(jià)替代五價(jià)As可形成施主能級(jí)可形成施主能級(jí), 成為成為n型型 GaAs雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體. 4. p型化合物半導(dǎo)體型化合物半導(dǎo)體 例如例如, 化合物化合物 GaAs中摻中摻Zn, 二價(jià)二價(jià)Zn替代三價(jià)替代三價(jià)Ga可形成受主能級(jí)可形成受主能級(jí), 成為成為p型型 GaAs雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體. 三、雜質(zhì)補(bǔ)償作用三、雜質(zhì)補(bǔ)償作用 實(shí)際的半導(dǎo)體中既有施主雜質(zhì)實(shí)際的半導(dǎo)體中既有施主雜質(zhì)(濃度濃度nd), 又有受主雜質(zhì)又有受主雜質(zhì)(濃度濃度 na), 兩種雜質(zhì)有補(bǔ)償作用兩種雜質(zhì)有補(bǔ)償作用: 若若 nd na- 為為

23、n型型 若若 nd na-為為p型型 利用雜質(zhì)的補(bǔ)償利用雜質(zhì)的補(bǔ)償 作用作用, 我們可以我們可以 制成制成P-N結(jié)結(jié). Ea Eg 受主能級(jí)受主能級(jí) 導(dǎo)導(dǎo) 帶帶 價(jià)價(jià) 帶帶 . . . . . . . 施主能級(jí)施主能級(jí) ED 一、一、PN結(jié)的形成結(jié)的形成 PN 空穴濃度空穴濃度 電子濃度電子濃度 4、5 PN結(jié)結(jié) - + - + - + - + - + PN 耗盡層耗盡層 E內(nèi) E內(nèi) 內(nèi)是 是P-N結(jié)形成勢(shì)壘區(qū)結(jié)形成勢(shì)壘區(qū) 存在電勢(shì)差存在電勢(shì)差U0 阻止左邊阻止左邊P區(qū)的空穴向右擴(kuò)散區(qū)的空穴向右擴(kuò)散 阻止右邊阻止右邊N區(qū)的電子向左擴(kuò)散區(qū)的電子向左擴(kuò)散 由于由于P-N結(jié)存在結(jié)存在, 電子的能量應(yīng)

24、考慮勢(shì)壘帶電子的能量應(yīng)考慮勢(shì)壘帶 來(lái)的電子附加勢(shì)能來(lái)的電子附加勢(shì)能 電子的能帶會(huì)出現(xiàn)彎曲電子的能帶會(huì)出現(xiàn)彎曲 二、結(jié)的單向?qū)щ娦远?、結(jié)的單向?qū)щ娦?正向偏壓正向偏壓 內(nèi)、 內(nèi)、 外 外反向 反向 勢(shì)壘降低勢(shì)壘降低 空穴流向區(qū)，空穴流向區(qū)， 電子流向區(qū)電子流向區(qū) 形成正向電流形成正向電流 mA量級(jí)量級(jí) 外 外 PN 耗盡層耗盡層 E內(nèi) 內(nèi) - + - + - + - + - + 反向偏壓反向偏壓 內(nèi)、 內(nèi)、 外 外同向 同向 勢(shì)壘升高勢(shì)壘升高 阻止空穴流向區(qū)，阻止空穴流向區(qū)， 電子流向區(qū)電子流向區(qū) 但但存在少數(shù)載流子存在少數(shù)載流子形成很弱的反向電流形成很弱的反向電流 稱為漏電流稱為漏電流 A量級(jí)量級(jí) 外 外 PN 耗盡層耗盡層 E內(nèi) 內(nèi) - + - + - + - + - + 外加電壓外加電壓 越大越大 正向電流正向電流越大越大 呈非線性的伏安特性呈非線性的伏安特性 當(dāng)反向電壓超過(guò)當(dāng)反向電壓超過(guò) 某一數(shù)值后反向某一數(shù)值后反向 電流會(huì)急劇增大電流會(huì)急劇增大 稱為反向擊穿稱為反向擊穿. 結(jié)應(yīng)用結(jié)應(yīng)用 整整 流流 開(kāi)開(kāi) 關(guān)關(guān) *半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器(也叫激光二極管也叫激光二極管) GaAs 同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器 核心部分核心部分 p型型GaAs n型型GaAs 典型尺寸典型尺寸: m 長(zhǎng)長(zhǎng) L=250-500 寬寬 W=5-10 厚厚 d=0.1-0.2 *PN