第一章能帶理論

1、NoImageNoImage11 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和 結(jié)合性質(zhì)結(jié)合性質(zhì)NoImageNoImage金剛石型結(jié)構(gòu)的晶胞nGe: a=5.43089埃 nSi: a=5.65754埃金剛石型結(jié)構(gòu)100面上的投影:金剛石結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體金剛石結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體: 金剛石、硅、鍺金剛石、硅、鍺NoImage材料材料: -族和-族二元化合物半導(dǎo)體 例: ZnS、ZnSe、GaAs、GaP閃鋅礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶學(xué)原胞極性半導(dǎo)體極性半導(dǎo)體沿著沿著111方向看方向看,（111）面以雙原子）面以雙原子層的形式按層的形式按ABCABCA順序堆積起來。順序堆積起來。立方對稱性立方對稱性NoImage材料材料: -

2、族二元化合物半導(dǎo)體 例: ZnS、ZnSe、CdS、CdSe(001)面是兩類原子各自組成的六方排列的雙原子層按ABABA順序堆積不以四面體結(jié)構(gòu)結(jié)晶不以四面體結(jié)構(gòu)結(jié)晶材料材料: IV-族二元化合物半導(dǎo)體族二元化合物半導(dǎo)體 例例: 硫化鉛、硒化鉛、硫化鉛、硒化鉛、 碲化鉛等碲化鉛等 1.2 半導(dǎo)體中電子的狀態(tài)半導(dǎo)體中電子的狀態(tài) 與能帶的形成與能帶的形成研究固態(tài)晶體中電子的能量狀態(tài)的方法研究固態(tài)晶體中電子的能量狀態(tài)的方法 單電子近似單電子近似 假設(shè)每個電子是在周期性排列且固定不動的假設(shè)每個電子是在周期性排列且固定不動的 原子核勢場及其他電子的平均勢場中運(yùn)動原子核勢場及其他電子的平均勢場中運(yùn)動, 該

3、勢場是具有與晶格同周期的周期性勢場。該勢場是具有與晶格同周期的周期性勢場。單電子近單電子近似能帶論能帶論 用單電子近似法研究晶體中電子用單電子近似法研究晶體中電子 狀態(tài)的理論。狀態(tài)的理論。一一.能帶論的定性敘述能帶論的定性敘述1.孤立原子中的電子狀態(tài)孤立原子中的電子狀態(tài) 主量子數(shù)主量子數(shù) n:1,2,3,n:1,2,3,決定能量的主要因素決定能量的主要因素 角量子數(shù)角量子數(shù) l:0,1,2,（n1）,決決 定角動量定角動量,對能量有一定影響對能量有一定影響 磁量子數(shù)磁量子數(shù) ml:0,1,2,l,決定決定 L的空間取向的空間取向,引起磁場中的能級分裂引起磁場中的能級分裂 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)

4、ms:1/2,產(chǎn)生能級精細(xì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生能級精細(xì)結(jié)構(gòu)2.晶體中的電子晶體中的電子（1）電子的共有化運(yùn)動）電子的共有化運(yùn)動在晶體中在晶體中,電子由一個原子轉(zhuǎn)移到相鄰電子由一個原子轉(zhuǎn)移到相鄰的原子去的原子去,因而因而,電子將可以在整個晶電子將可以在整個晶體中運(yùn)動體中運(yùn)動。2p2p2p2p3s3s3s3s電子共有化運(yùn)動示意圖電子共有化運(yùn)動示意圖(2)能級分裂能級分裂a(bǔ). s 能級設(shè)有設(shè)有A、B兩個原子兩個原子孤立時, 波函數(shù)（為A和B,不重疊.簡并度=狀態(tài)/能級數(shù)=2/1=2孤立原子的能級A . B 兩原子相互靠近兩原子相互靠近,電子波函數(shù)應(yīng)是A和B的線形疊加:1 = A + B E12 = A - B

5、E2四個原子的能級的分裂相互靠近組成晶體后相互靠近組成晶體后:相互中間隔的很遠(yuǎn)時: 是N度簡并的。 它們的能級便分裂成N個彼此靠得很 近的能級準(zhǔn)連續(xù)能級準(zhǔn)連續(xù)能級,簡并消失。 這這N個能級組成一個能帶個能級組成一個能帶,稱為稱為允帶允帶。N10221023/cm3b. p 能級（l=1, ml=0,1）c. d 能級（l=2, ml=0,1,2）允帶能帶原子級能禁帶禁帶原子軌道原子能級分裂為能帶的示意圖原子能級分裂為能帶的示意圖dps能量Es 能級：共有化運(yùn)動弱，能級分裂晚，形成能帶窄； p、d能級：共有化運(yùn)動強(qiáng)，能級分裂早，形成的能帶寬。 實際晶體的能帶不一定同孤立原子的實際晶體的能帶不一定

6、同孤立原子的某個能級相當(dāng)。某個能級相當(dāng)。NoImageNoImageNoImageNoImage)()()(82222rErrVdrdmh薛定諤方程薛定諤方程:決定粒子變化的方程二、半導(dǎo)體中電子的狀態(tài)和能帶NoImageNoImageikxAex)(2 kA其波矢,*2 電子在空間是等幾率分布的,即自由電子在空間作自由運(yùn)動。 )()(82222xExdxdmh微觀粒子具有波粒二象性微觀粒子具有波粒二象性由粒子性由粒子性022002121mVmEmpVp由德布羅意關(guān)系由德布羅意關(guān)系kphhE02202,mkhEmhkV波矢波矢k描述自由電子的運(yùn)動狀態(tài)。一維理想晶格一維理想晶格（1）一維理想晶格的

7、勢場和 電子能量E（）孤立原子的勢場是:N個原子有規(guī)則的沿x軸方向排列:xva晶體的勢能曲線)()()(2222xExxVdxdm)()(xuexkikx)()(naxuxukk電子的運(yùn)動方程（薛定諤方程）為電子的運(yùn)動方程（薛定諤方程）為)()(naxVxV:布洛赫定理其中其中:布洛赫函數(shù)布洛赫函數(shù) uk(x), 是一個具有晶格周期的周期函數(shù), n 為任意整數(shù), a 為晶格周期.ankxuxukkkk2, )()(其波矢 分布幾率是晶格的周期函數(shù),但對每個原胞的相應(yīng)位置,電子的分布幾率一樣的。 波矢波矢k描述晶體中電子的共有化運(yùn)動狀態(tài)。NoImageNoImage能帶時，)210(2,nank

8、能量不連續(xù)能量不連續(xù),形成允帶和禁帶。形成允帶和禁帶。 允帶出現(xiàn)在以下幾個區(qū)（布里淵區(qū)）中允帶出現(xiàn)在以下幾個區(qū)（布里淵區(qū)）中:第一布里淵區(qū)第二布里淵區(qū)第三布里淵區(qū)aka2121akaaka121,211akaaka231,123-/1E（k）0/1k允帶允帶允帶自由電子稱第一布里淵區(qū)為簡約布里淵區(qū) 禁帶出現(xiàn)在布里淵區(qū)邊界（禁帶出現(xiàn)在布里淵區(qū)邊界（k = n/2a）上。）上。 每一布里淵區(qū)對應(yīng)于每一能帶。每一布里淵區(qū)對應(yīng)于每一能帶。E(k) 是是 k 的周期性函數(shù)的周期性函數(shù))()(ankEkENoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNo

9、Image 能帶的寬窄由晶體的性質(zhì)決定, 與晶體中含的原子數(shù)目無關(guān), 但每個能帶中所含的能級數(shù)目與 晶體中的原子數(shù)有關(guān)。注意注意:電子剛好填滿最后一個帶電子填充允許帶時電子填充允許帶時,可能出現(xiàn)可能出現(xiàn):最后一個帶僅僅是部分被電子占有導(dǎo)體導(dǎo)體絕緣體和半導(dǎo)體絕緣體和半導(dǎo)體3s2p2s1s11#Na,它的電子組態(tài)是:1s22s22p63s11.導(dǎo)體的能帶導(dǎo)體的能帶三、三、 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶2.絕緣體和半導(dǎo)體的能帶絕緣體和半導(dǎo)體的能帶6#C電子組態(tài)是:1s22s22p22p2s1sNoImageNoImageEg電子能量EcEvgCVEEE能帶圖可簡化成:禁帶寬度

10、禁帶寬度導(dǎo)帶導(dǎo)帶半滿帶禁帶價帶禁帶價帶滿帶絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的能帶示意圖絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的能帶示意圖絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體常溫下: Si:Eg=1.12 eV Ge: Eg=0.67 eV GaAs: Eg =1.43 eVNoImageNoImage激激 發(fā)發(fā) 后后:空的量子態(tài)（空的量子態(tài)（ 空穴）空穴）價帶電子價帶電子激激 發(fā)發(fā) 前前:導(dǎo)帶電子NoImageNoImageNoImageNoImage空穴空穴與導(dǎo)電電子導(dǎo)電電子1.2 半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動 有效質(zhì)量有效質(zhì)量從粒子性出發(fā)從粒子性出發(fā), 它具有一定的質(zhì)量 m0和運(yùn)動速度 V, 它的能量E和動量P分別為:一、自由空間

11、的電子一、自由空間的電子2021VmE VP0m從波動性出發(fā)從波動性出發(fā), 電子的運(yùn)動看成頻率為、波矢為 K 的平面波在波矢方向的傳輸過程.德布羅意關(guān)系 1.能能量量 E(k) 自由電子自由電子E與與k 的關(guān)系的關(guān)系Ek00222)(21mkhVmEoEhvkphomkhhdkdEdkdEhmkhmpVoo1對對 E(k)微分微分, 得到得到當(dāng)有當(dāng)有外力外力 F 作用于電子時作用于電子時, 在在 dt 時間內(nèi)時間內(nèi), 電子電子位移了位移了ds 距離距離, 那么外力對電子所作的功等于那么外力對電子所作的功等于能量的變化能量的變化, 即即:2. 速度速度 V(k)3. 加速度加速度 adkkdEh

12、V)(10, 0VdkdE二、半導(dǎo)體中的電子二、半導(dǎo)體中的電子:晶體中作共有化運(yùn)動的電子平均速度晶體中作共有化運(yùn)動的電子平均速度:1.速度速度 V設(shè)導(dǎo)帶底或價帶頂位于設(shè)導(dǎo)帶底或價帶頂位于 k=0, 則則以一維情況為例:設(shè) E(k)在 k=0 處取得極值,在極值附近按泰勒級數(shù)展開展開:0( )(0)()kKdEE kEdk02221().2kd Ekdk得到能帶極值附近電子的速度為*1mhkEhkVddm*為導(dǎo)帶底或價帶頂電子的有效質(zhì)量導(dǎo)帶底價帶頂電子的m*0;電子的m*0, m*0。 0, m*0;電子的m*空態(tài)數(shù)空態(tài)數(shù)導(dǎo)帶導(dǎo)帶:電子數(shù)電子數(shù)mt, 為長旋轉(zhuǎn)橢球mtml,為扁形旋轉(zhuǎn)橢球*zyx

13、mmmcba(3) 極值點(diǎn)極值點(diǎn) k0 在原點(diǎn)在原點(diǎn)能量 E 在波矢空間的分布為球形曲面kokxkykz*mqBc將一半導(dǎo)體樣品放在一均勻恒定的磁場B中,電子在磁場中作螺旋運(yùn)動,它的回旋頻率c與有效質(zhì)量(對于球形等能面)的關(guān)系為:2. 回旋共振法回旋共振法測出共振吸收時電磁波的頻率測出共振吸收時電磁波的頻率 和磁感和磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度 B,便可算出有效質(zhì)量便可算出有效質(zhì)量 m*。再以電磁波通過半導(dǎo)體樣品,當(dāng)交變電磁場頻率 等于 c 時,就可以發(fā)生共振吸收共振吸收。確定能帶極值附近 E(k) 與 k 的關(guān)系。E(k)等能面的球半徑為等能面的球半徑為:2102*)()(2kEkEhmRNoImage

14、NoImage設(shè) B 沿 kx, ky, kz 軸的方向余弦分別為,則如果等能面是橢球面如果等能面是橢球面,則有效質(zhì)量是各則有效質(zhì)量是各向異性的。沿向異性的。沿kx, ky, kz 軸方向分別為軸方向分別為mx*, my*, mz*。*2*2*2*1zyxzyxmmmmmmm二二. 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)1. 元素半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)xyz導(dǎo)帶價價帶帶硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)(mx*)A=(mx*)B=(my*)C=(my*)D 001000001000001硅導(dǎo)帶等能面示意圖硅導(dǎo)帶等能面示意圖極大值點(diǎn) k0 在坐標(biāo)軸上。共有6個形狀一樣的

15、旋轉(zhuǎn)橢球等能面。(1)導(dǎo)帶導(dǎo)帶ABCD導(dǎo)帶最低能值導(dǎo)帶最低能值 100方向 硅的能帶結(jié)構(gòu)硅的能帶結(jié)構(gòu) 2021/2/694價帶極大值價帶極大值 位于布里淵區(qū)的中心（坐位于布里淵區(qū)的中心（坐標(biāo)原點(diǎn)標(biāo)原點(diǎn)K=0）存在極大值相重存在極大值相重合的兩個價帶合的兩個價帶 外面的能帶曲率小外面的能帶曲率小,對應(yīng)的對應(yīng)的有效質(zhì)量大有效質(zhì)量大,稱該能帶中的稱該能帶中的空穴為空穴為重空穴重空穴 ,(mp*)h 。內(nèi)能帶的曲率大內(nèi)能帶的曲率大,對應(yīng)的有效對應(yīng)的有效質(zhì)量小質(zhì)量小,稱此能帶中的空穴為稱此能帶中的空穴為輕空穴輕空穴,（mp*)l 。 E(k)為球形等能面為球形等能面（2）價帶）價帶2021/2/695鍺

16、的能帶結(jié)構(gòu)鍺的能帶結(jié)構(gòu) 導(dǎo)帶最低能值導(dǎo)帶最低能值 111方向布里淵區(qū)邊界方向布里淵區(qū)邊界 存在有四個這種能量最小值存在有四個這種能量最小值 E(k)為以為以111方向為方向為旋轉(zhuǎn)軸的橢圓等能面旋轉(zhuǎn)軸的橢圓等能面2021/2/696價帶極大值價帶極大值 位于布里淵區(qū)的中心（位于布里淵區(qū)的中心（K=0） 存在極大值相重合存在極大值相重合的兩個價帶的兩個價帶 外面的能帶曲率小外面的能帶曲率小,對應(yīng)的對應(yīng)的有效質(zhì)量大有效質(zhì)量大,稱該能帶中的稱該能帶中的空穴為重空穴空穴為重空穴 。內(nèi)能帶的曲率大內(nèi)能帶的曲率大,對應(yīng)的對應(yīng)的有效質(zhì)量小有效質(zhì)量小,稱此能帶中稱此能帶中的空穴為輕空穴。的空穴為輕空穴。 202

17、1/2/697 禁帶寬度 Eg 隨溫度增加而減小且 Si:dEg/dT=-2.810-4 eV/K Ge: dEg/dT=-3.910-4 eV/K Eg: T=0: Eg (Si) = 0.7437 eV Eg (Ge) = 1.170 eV Ge、Si能帶結(jié)構(gòu)的主要特征能帶結(jié)構(gòu)的主要特征2021/2/698 多能谷結(jié)構(gòu)多能谷結(jié)構(gòu): 鍺、硅的導(dǎo)帶分別存在四個和六鍺、硅的導(dǎo)帶分別存在四個和六個這種能量最小值個這種能量最小值,導(dǎo)帶電子主要分布導(dǎo)帶電子主要分布在這些極值附近在這些極值附近,通常稱鍺、硅的導(dǎo)帶通常稱鍺、硅的導(dǎo)帶具有具有。 間接帶隙半導(dǎo)體間接帶隙半導(dǎo)體: 硅和鍺的導(dǎo)帶底和價帶頂在硅和鍺

18、的導(dǎo)帶底和價帶頂在 k 空間處空間處于不同的于不同的 k 值。值。2. IIIV族化合物的能帶結(jié)構(gòu)族化合物的能帶結(jié)構(gòu)GaAs的能帶結(jié)構(gòu)閃鋅礦結(jié)構(gòu)EGaAsEg036eVLX111100導(dǎo)帶有兩個極小值:一個在k=0處,為球形等能面, 另一個在100方向,為橢球等能面,能量比 k=0處的高 0.36eV,*00.068emm*1.2eomm價帶頂也在坐標(biāo)原點(diǎn),k=0,球形等能面,也有兩個價帶,存在重、輕空穴。GaAs的導(dǎo)帶的極小值點(diǎn)和價帶的極的導(dǎo)帶的極小值點(diǎn)和價帶的極大值點(diǎn)位于大值點(diǎn)位于K空間的同一點(diǎn)空間的同一點(diǎn),這種半這種半導(dǎo)體稱為導(dǎo)體稱為直接帶隙直接帶隙半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。銻化銦的能帶結(jié)構(gòu)銻化銦

19、的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)帶導(dǎo)帶極小值在 k=0處, 球形等能面,mn*=0.0135 m0 非拋物線型 價帶價帶包含三個能帶:重空穴帶V1 輕空穴帶V2 能帶V3（L-S耦合）20K時 輕空穴有效質(zhì)量輕空穴有效質(zhì)量 0.016m0沿111 0.44m0沿110 0.42m0沿100 0.32m0重空穴有效質(zhì)量重空穴有效質(zhì)量價帶頂在k=0III-V 族能帶結(jié)構(gòu)的主要特征族能帶結(jié)構(gòu)的主要特征能帶在布里淵區(qū)中心簡并,一重空穴帶、 輕空穴帶及第三個能帶（LS）價帶極大值稍偏離布里淵區(qū)中心導(dǎo)帶極小值在100、111方向和布里淵 區(qū)中心導(dǎo)帶電子的有效質(zhì)量不同重空穴有效質(zhì)量相差很少原子序數(shù)較高的化合物,禁帶寬度較窄II

20、IV族混合晶體族混合晶體的能帶結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)GaAs1-xPx的的Eg與組分的關(guān)系與組分的關(guān)系連續(xù)固溶體連續(xù)固溶體混合晶體混合晶體能帶結(jié)構(gòu)隨成分的能帶結(jié)構(gòu)隨成分的變化而連續(xù)變化變化而連續(xù)變化Ga1-xInxP1-yAsy 的禁帶的禁帶寬度隨寬度隨 x、y 的變化的變化Al1-xGaxAs1-ySby 的禁帶的禁帶寬度隨寬度隨 x、y 的變化的變化間接帶隙間接帶隙混合晶體的混合晶體的 Eg 隨組分變化的特性隨組分變化的特性 發(fā)光器件發(fā)光器件 GaAs1-xPx 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 x=0.380.40時時,Eg=1.841.94 eV 電空復(fù)合發(fā)出電空復(fù)合發(fā)出 640 680 nm紅光紅光 激

21、光器件激光器件 Ga1-xInxP1-yAsy 長波長激光器長波長激光器 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) x、y 組分可獲得組分可獲得1.31.6 m 紅外光紅外光3. IIVI族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)二元化合物的能帶結(jié)構(gòu)二元化合物的能帶結(jié)構(gòu) 導(dǎo)帶極小值和價帶極大值位于導(dǎo)帶極小值和價帶極大值位于 k=0 價帶包含三個能帶價帶包含三個能帶:重空穴帶重空穴帶V1 輕空穴帶輕空穴帶V2 能帶能帶V3（L-S耦合）耦合） 禁帶寬度較寬禁帶寬度較寬 禁帶寬度禁帶寬度 ZnS 3.6 eV ZnSe 2.58 eV ZnTe 2.28 eV 電子有效質(zhì)量電子有效質(zhì)量 ZnS 0.39 m0 ZnSe 0

22、.17 m0 ZnTe 0.15 m0 碲化鎘的能帶碲化鎘的能帶室溫下室溫下,Eg 1.50 eV8碲化汞的能帶碲化汞的能帶Eg極小且為負(fù)值極小且為負(fù)值室溫下室溫下,Eg 0.15 eV半金屬或零帶隙材料半金屬或零帶隙材料8混合晶體的能帶結(jié)構(gòu)混合晶體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體半導(dǎo)體 半金屬半金屬,如如 Hg1-xCdxTe的能帶結(jié)構(gòu)由半金屬向半導(dǎo)體過渡的能帶結(jié)構(gòu)由半金屬向半導(dǎo)體過渡x0.14x0.14x0.2Hg1-xCdxTe能帶能帶隨隨 x 變化示意圖變化示意圖Hg1-xCdxTe的的 Eg 隨隨 x 的變化的變化遠(yuǎn)紅外探測器遠(yuǎn)紅外探測器4. Si1-xGex合金的能帶合金的能帶Vegard 定律定

23、律xaxaaaxa0227. 0)()(SiSiGeSi(0 x 1)Si1-xGex 與與 Si 的晶格失配為的晶格失配為xxaaaxaa0644. 0)(2/)(2SiGeSiSiGeSi1-xGex合金的能帶特點(diǎn)合金的能帶特點(diǎn) 間接帶隙間接帶隙 當(dāng)當(dāng) x 01.0, 能帶結(jié)構(gòu)從能帶結(jié)構(gòu)從 Si 的漸變到的漸變到 Ge 的的 x 0.85,能帶結(jié)構(gòu)與能帶結(jié)構(gòu)與 Si 的類似的類似 0.85 x 1.00, 能帶結(jié)構(gòu)與能帶結(jié)構(gòu)與 Ge 的類似的類似在在 Si 中中 X 點(diǎn)二度簡并點(diǎn)二度簡并,而而Si1-xGex在在 X 點(diǎn)點(diǎn) 簡并消失簡并消失贗晶（共格）生長贗晶（共格）生長 用分子束外（MB

24、E）延法,在Si上外延生長Si1-xGex合金薄膜,當(dāng)外延層厚度在適當(dāng)?shù)姆秶鷷r,晶格的失配可通過Si1-xGex合金層的應(yīng)變補(bǔ)償或調(diào)節(jié),則得到無界面失配的Si1-xGex合金薄膜。無應(yīng)變的體無應(yīng)變的體Si1-xGex合金合金的禁帶寬度（的禁帶寬度（4.2K）) 185. 0(27. 101. 2)()85. 00(0206. 043. 0115. 1)(2xxxExxxxEggeVeV應(yīng)變應(yīng)變Si1-xGex合金的禁帶寬度合金的禁帶寬度3217. 043. 096. 012. 1)(xxxxEg 改變改變 Ge 組分組分 x 和應(yīng)變的大小和應(yīng)變的大小,則可調(diào)整則可調(diào)整應(yīng)變應(yīng)變Si1-xGex合

25、金的禁帶寬度。合金的禁帶寬度。應(yīng)變和無應(yīng)變的應(yīng)變和無應(yīng)變的Si1-xGex的的Eg與與Ge 組分的關(guān)系組分的關(guān)系020406080100Ge 組分 x (%)0.60.70.80.91.01.1禁帶寬度 (eV)23應(yīng)變的無應(yīng)變輕空穴帶輕空穴帶重空穴帶重空穴帶SiGe/Si應(yīng)變層超晶格材料新一代通信5. 寬禁帶半導(dǎo)體材料（寬禁帶半導(dǎo)體材料（Eg 2.3）的能帶的能帶SiC、金剛石、金剛石、II族氧化物、族氧化物、 II族硫化物、族硫化物、II族硒化物、族硒化物、III氮化物及其合金氮化物及其合金高頻、高功率、高溫、抗輻射和高密度高頻、高功率、高溫、抗輻射和高密度 集成的電子器件集成的電子器件

26、藍(lán)光、綠光、紫外光的發(fā)光器件和光探藍(lán)光、綠光、紫外光的發(fā)光器件和光探 測器件測器件SiC的晶格結(jié)構(gòu)和能帶的晶格結(jié)構(gòu)和能帶同質(zhì)多象變體（同質(zhì)多型體）同質(zhì)多象變體（同質(zhì)多型體）: 在不同的物理化學(xué)環(huán)境下,形成兩種或兩種以上的晶體,這些成分相同,形態(tài)、構(gòu)造和物理性質(zhì)有差異的晶體稱為 。SiC的多象變體約的多象變體約 200 多種。多種。結(jié)構(gòu)的差異使結(jié)構(gòu)的差異使 SiC 的禁帶寬度不同的禁帶寬度不同eVSiCReVSiCHeVSiCC02. 3)15(28. 3)4(33. 2)3(gggEEE SiC: 立方晶體結(jié)構(gòu)的立方晶體結(jié)構(gòu)的 SiC 變體變體 SiC: 六方和菱形晶體結(jié)構(gòu)的六方和菱形晶體結(jié)構(gòu)

27、的 SiC 變體變體 SiC 晶體的能帶特點(diǎn)晶體的能帶特點(diǎn) 間接帶隙間接帶隙導(dǎo)帶極小值在導(dǎo)帶極小值在 X 點(diǎn)（點(diǎn)（X1c）價帶極大值在價帶極大值在 點(diǎn)（點(diǎn)（ 15v）0.400.440.4824681012晶格常數(shù) a(nm)能量E(eV)X1cL1c15c1c壓力顯壓力顯著改變著改變能帶結(jié)能帶結(jié)構(gòu)構(gòu) SiC 的能隙與晶格常數(shù)的能隙與晶格常數(shù) a 的關(guān)系的關(guān)系GaN, AlN 的晶格結(jié)構(gòu)和能帶的晶格結(jié)構(gòu)和能帶III族氮化物族氮化物:GaN, AlN, InN, AlGaN, GaInN, AlInN, AlGaInN等等禁帶寬度范圍禁帶寬度范圍:紅、黃、綠、藍(lán)和紫外光紅、黃、綠、藍(lán)和紫外光晶格結(jié)構(gòu)晶格結(jié)構(gòu):閃鋅礦和纖鋅礦閃鋅礦和纖鋅礦GaN晶體的能帶特點(diǎn)晶體的能帶特點(diǎn) 直接帶隙直接帶隙導(dǎo)帶極小值與價帶極大值在導(dǎo)帶極小值與價帶極大值在 點(diǎn)點(diǎn)對纖鋅礦和閃鋅礦結(jié)構(gòu)對纖鋅礦和閃鋅礦結(jié)構(gòu)AlN晶體的能帶特點(diǎn)晶體的能帶特點(diǎn)對纖鋅礦結(jié)構(gòu)對纖鋅礦結(jié)構(gòu) 直接帶隙直接帶隙導(dǎo)