第三章 異質結能帶圖

1、3.1 突變反型異質結能帶圖突變反型異質結能帶圖3.1.1 pN異質結能帶圖異質結能帶圖根據兩種半導體材料的電子親和能、禁帶寬度和功函數的不同，基于根據兩種半導體材料的電子親和能、禁帶寬度和功函數的不同，基于Anderson模型的模型的pN異質結能帶圖通常分為異質結能帶圖通常分為4種情況：種情況：qVD1Eg1EcqVD2Eg2qVD1Eg1EcqVD2Eg21g122121,E1g122121,E（1）第一種情況）第一種情況第一種情況能帶圖的伏安特性關系式為：第一種情況能帶圖的伏安特性關系式為：)(exp)(exp)exp(122dkTqVkTqVkTqVEAJDC2n1n2DdLDqNA

2、其中，其中，qVD1Eg1EcqVD2Eg2（2）第二種情況）第二種情況211g121,E 1)exp(exp(dkTqVktqVEAJDC2n1n2DdLDqNA 其中，其中，（3）第三種情況）第三種情況2g21g12121,EE 1)exp(exp(dkTqVktEqVAJCDqVD1Eg1EcqVD2Eg2CDEqV1)(exp)(exp)exp(122dkTqVkTqVkTqVAJDCDEVVq)(11qVD1Eg1EcqVD2Eg2CDEqV1)(exp)(exp)exp(122dkTqVkTqVkTqVAJD 1)exp(exp(dkTqVktEqVAJCDCDEVVq)(11若若

3、則則（4）第四種情況）第四種情況1g12g2121,EEqVD1Eg1EcqVD2Eg2CDEqV1 1)exp(exp(dkTqVktEqVAJCD與第三種情況與第三種情況qVD1EC時時,伏安特性關系式相同伏安特性關系式相同 qVD1Eg1EcqVD2Eg2CDEqV1與第三種情況與第三種情況qVD1EC時時,伏安特性關系式相同伏安特性關系式相同 )(exp)(exp)exp(122dkTqVkTqVkTqVAJD文獻報道中的文獻報道中的pN異質結能帶圖大多數都屬于第三種情況，異質結能帶圖大多數都屬于第三種情況，例如：例如：pN-Ge/Si, pN-Ge/GaAs, pN-Ge/ZnSe,

4、 pN-Si/GaAs, pN-Si/ZnS, pN-GaAs/GaP, pN-PbS/Ge, pN-PbS/Cds第二種情況主要有：第二種情況主要有：pN-Si/CdSe, pN-Si/CdS, pN-GaAs/ZnSe, pN-ZnTe/ZnSe, pN-ZnTe/Cd第三種情況主要有：第三種情況主要有：pN-PbS/GaAs第四種情況主要有：第四種情況主要有：pN-GaSbAs/InGaAs3.1.2 nP異質結能帶圖異質結能帶圖基于基于Anderson 模型的模型的nP能帶圖也分為能帶圖也分為4種情況：種情況：2121,qVD1Eg1EVqVD2Eg2qVD1Eg1EVqVD2Eg2（

5、1）第一種情況）第一種情況2g21E2g21E)(exp)(exp)exp(122VkTqVkTqVkTqVEAJD第一種情況能帶圖的伏安特性關系式為：第一種情況能帶圖的伏安特性關系式為：第二種情況能帶圖的伏安特性關系式為：第二種情況能帶圖的伏安特性關系式為：1)(exp)exp(VkTqVkTqVEAJDqVD1Eg1EVqVD2Eg2（2）第二種情況）第二種情況22112121,ggEEP1P1A2LDqNA （3）第三種情況）第三種情況22112121,ggEEqVD1Eg1EVqVD2Eg2CDEqV11)(exp)exp(VkTqVkTqVEAJD第三種情況能帶圖的伏安特性關系式為：

6、第三種情況能帶圖的伏安特性關系式為：當正向偏壓使能帶圖中的當正向偏壓使能帶圖中的負尖峰勢壘（對空穴而言）負尖峰勢壘（對空穴而言）即即q(VD1-V1)EV時，相應時，相應的伏安特性關系式為：的伏安特性關系式為：)(exp)(exp)exp(122kTqVkTqVkTqVAJDqVD1Eg1EVqVD2Eg2（3）第三種情況）第三種情況22112121,ggEECDEqV1)(exp)(exp)exp(122kTqVkTqVkTqVAJD此種情況伏安特性關系式為：此種情況伏安特性關系式為：當反向偏壓使能帶圖中的負尖峰勢壘（對空穴而言）即當反向偏壓使能帶圖中的負尖峰勢壘（對空穴而言）即q(VD1+

7、V1) Ec時的伏安特性關系式相同時的伏安特性關系式相同qVD1Eg1EVqVD2Eg2（4）第四種情況）第四種情況22112121,ggEECDEqV1此種情況與第三種情況能帶圖此種情況與第三種情況能帶圖qVD1Ec時的伏安特性關系式相同時的伏安特性關系式相同文獻報道中的文獻報道中的nP異質結能帶圖大多數都屬于第三種情況，異質結能帶圖大多數都屬于第三種情況，例如：例如：nP-Ge/GaAs, nP-Si/GaP, nP-InSb/Si, nP-InAs/ZnTe, nP-GaAs/GaP第二種情況主要有：第二種情況主要有：nP-CdSe/ZnTe, nP-CdSe/Se第一種情況和第四種情況

8、很少在文獻中出現第一種情況和第四種情況很少在文獻中出現3. 2 突變同型異質結能帶圖突變同型異質結能帶圖根據兩種半導體材料的電子親和能、禁帶寬度和功函數的不同，基于根據兩種半導體材料的電子親和能、禁帶寬度和功函數的不同，基于Anderson模型的模型的nN異質結能帶圖通常分為異質結能帶圖通常分為4種情況：種情況：（1）第一種情況）第一種情況22112121,ggEEqVD1Eg1ECEg2qVD1CDEqV1)(exp)(exp)exp(122kTqVkTqVkTqVBJD2/12)2(nDmkTqNBqVD1Eg1ECEg2qVD1CDEqV11)(exp)exp(CkTqVkTEqVBJD

9、伏安特性關系式為：伏安特性關系式為：（2）第二種情況）第二種情況22112121,ggEEqVD1Eg1ECEg2qVD21)(expkTqVBJ伏安特性關系式為：伏安特性關系式為：正向偏壓的方向由材料正向偏壓的方向由材料2指向材料指向材料1（3）第三種情況）第三種情況2112121,gEqVD1Eg1ECEg2qVD2CDEqV21)(expkTqVBJ伏安特性關系式為：伏安特性關系式為：當當q（VD2-V2）EC時，相應的伏安特性關系式為：時，相應的伏安特性關系式為：)(exp)(exp)exp(212kTqVkTqVkTqVEBJDCqVD1Eg1ECEg2qVD2CDEqV2)(exp

10、)(exp)exp(212kTqVkTqVkTqVEBJDC伏安特性關系式為：伏安特性關系式為：正向偏壓的方向由材料正向偏壓的方向由材料2指向材料指向材料1（4）第四種情況）第四種情況22112121,ggEEqVD1Eg1ECEg2qVD2第四種情況能帶圖的伏安特性關系式與第一種第四種情況能帶圖的伏安特性關系式與第一種 情況情況qVD1EC能帶圖的伏安特性關系式相同能帶圖的伏安特性關系式相同文獻報道中的文獻報道中的nN異質結能帶圖屬于第一種情況的有：異質結能帶圖屬于第一種情況的有：nN-Ge/Si, nN-Ge/GaAs, nN-Si/GaAs, nN-Si/ZnS屬于第三種情況的主要有：屬

11、于第三種情況的主要有：nN-Si/CdSe, nN-GaAs/ZnSe，nN-CdTe/CdS3. 2 .2 pP異質結能帶圖異質結能帶圖由于大多數半導體材料的空穴遷移率都很低，由于大多數半導體材料的空穴遷移率都很低，pP異質結的研究開展的很異質結的研究開展的很少，但作為一個類別有必要討論少，但作為一個類別有必要討論pP異質結能帶圖，以保證體系的完整性。異質結能帶圖，以保證體系的完整性。基于基于Anderson模型的模型的pP能帶圖也分為能帶圖也分為4種情況：種情況：qVD1Eg1EVEg2qVD2（1）第一種情況）第一種情況22112121,ggEE)(exp)(exp)exp(122kTq

12、VkTqVkTqVBJD伏安特性關系式為：伏安特性關系式為：2/12)2(pAmkTqNB（2）第二種情況）第二種情況22112121,ggEEqVD1Eg1EVEg2qVD21)(expkTqVBJ伏安特性關系式為：伏安特性關系式為：正向偏壓的方向由材料正向偏壓的方向由材料1指向材料指向材料2（3）第三種情況）第三種情況122112121,ggEEqVD1Eg1EVEg2qVD2VDEqV21)(expkTqVBJ伏安特性關系式為：伏安特性關系式為：正向偏壓的方向由材料正向偏壓的方向由材料1指向材料指向材料2當當q（VD2-V2）EV時，相應的伏安特性關系式為：時，相應的伏安特性關系式為：)(exp)(exp)exp(212kTqVkTqVkTqVEBJDVqVD1Eg1EVEg2qVD2VDEqV2伏安特性關系式為：伏安特性關系式為：)(exp)(exp)exp(212kTqVkTqVkTqVEBJDV正向偏壓的方向由材料正向偏壓的