激光和固體的量子理論

激光和固體的量子理論1第1頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章激光和固體的量子理論

§14.2固體的能帶結(jié)構(gòu)§14.3半導(dǎo)體§14.1激光2第2頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

普通光源-----自發(fā)輻射

激光光源-----受激輻射激光又名鐳射(Laser)，它的全名是“輻射的受激發(fā)射光放大”。3第3頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、激光的特點(diǎn)空間相干性好激光波面上各個(gè)點(diǎn)可以1、相干性極好時(shí)間相干性好2、方向性極好投射到月球（38萬(wàn)公里）光斑直徑僅約相干長(zhǎng)度可達(dá)幾十公里做到都是相干光源發(fā)散角可小到

10-4red（

0.1

）2公里測(cè)地—月距離精度達(dá)幾厘米4第4頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖瞬時(shí)功率可達(dá)～1014W3、亮度和強(qiáng)度極高

～強(qiáng)度：聚焦?fàn)顟B(tài)可達(dá)到亮度：B>可產(chǎn)生108K的高溫引起核聚變二、種類：按工作物質(zhì)分5第5頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月按工作方式分連續(xù)式（功率可達(dá)104W）脈沖式（瞬時(shí)功率可達(dá)1014W

）三、波長(zhǎng)：極紫外──可見(jiàn)光──亞毫米

(100nm）（1.222mm）固體（如紅寶石Al2O3）液體（如某些染料）氣體（如He-Ne，CO2）半導(dǎo)體（如砷化鎵GaAs）

6第6頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、粒子數(shù)按能級(jí)的統(tǒng)計(jì)分布原子的激發(fā)由大量原子組成的系統(tǒng)，在溫度不太低的平衡態(tài)，原子數(shù)目按能級(jí)的分布服從玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)分布：

§14.1激光7第7頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若E2>E

1，則兩能級(jí)上的原子數(shù)目之比數(shù)量級(jí)估計(jì)：T

～103K；kT～1.38×10-20J～0.086eV;E

2-E

1～1eV;8第8頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月但要產(chǎn)生激光必須使原子激發(fā);且N2>N1,稱粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn).

原子激發(fā)的幾種基本方式：

1．氣體放電激發(fā)

2．原子間碰撞激發(fā)

3．光激發(fā)(光泵)9第9頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、自發(fā)輻射受激輻射和吸收設(shè)N1

、N2—單位體積中處于E1

、E2

能級(jí)的原子數(shù)。

單位體積中單位時(shí)間內(nèi)，從E2

E1自發(fā)輻射的原子數(shù)：E2E1N2N1h

1、自發(fā)輻射10第10頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月寫(xiě)成等式

Ａ21

自發(fā)輻射系數(shù)，單個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生自發(fā)輻射過(guò)程的概率。

各原子自發(fā)輻射的光是獨(dú)立的、無(wú)關(guān)的非相干光。11第11頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若入射光子的能量h

等于原子高、低能級(jí)的能量差E2

E1且高能級(jí)上有原子存在時(shí)，入射光子的電磁場(chǎng)就會(huì)誘發(fā)原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí);同時(shí)放出一個(gè)與入射光子完全相同的光子。2、受激輻射12第12頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月全同光子:h

E2E1N2N1●●頻率相位振動(dòng)方向傳播方向相同受激輻射有光放大作用設(shè)

（

、Ｔ）……溫度為Ｔ時(shí),頻率為

=(E2-E1)/h附近，單位頻率間隔的外來(lái)光的能量密度。13第13頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

單位體積中單位時(shí)間內(nèi)，從E２

E１受激輻射的原子數(shù)：寫(xiě)成等式

B21

受激輻射系數(shù)14第14頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月W21

單個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生受激輻射過(guò)程的概率。則受激輻射光與外來(lái)光的頻率、偏振方向、相位及傳播方向均相同------有光的放大作用。令 W21=B21·

（

、T）15第15頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、吸收E2E1N2N1h

上述外來(lái)光也有可能被吸收，使原子從E1

E2。 單位體積中單位時(shí)間內(nèi)因吸收外來(lái)光而從

E1

E2的原子數(shù)：16第16頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月寫(xiě)成等式

B12

吸收系數(shù)令W12=Ｂ12

(

、T)W12

單個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生吸收過(guò)程的概率。17第17頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月A21

、B21

、B12稱為愛(ài)因斯坦系數(shù)。愛(ài)因斯坦在1917年從理論上得出愛(ài)因斯坦的受激輻射理論為六十年代初實(shí)驗(yàn)上獲得激光奠定了理論基礎(chǔ)。沒(méi)有實(shí)驗(yàn)家,理論家就會(huì)迷失方向。沒(méi)有理論家,實(shí)驗(yàn)家就會(huì)遲疑不決。B21=B1218第18頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)1、為何要粒子數(shù)反轉(zhuǎn)從E2

E1

自發(fā)輻射的光，可能引起受激輻射過(guò)程，也可能引起吸收過(guò)程。19第19頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

必須N2> N1（

粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)）。因B21=B12

W21=W12產(chǎn)生激光必須

條件：1.

激活物質(zhì)（能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)）2.

激勵(lì)能源（能量輸入系統(tǒng)）20第20頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)舉例

例.He一Ne氣體激光器的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

He-Ne激光器中He是輔助物質(zhì)，Ne是激活物質(zhì)，He與Ne之比為5∶1

10∶1。21第21頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亞穩(wěn)態(tài)

電子碰撞

碰撞轉(zhuǎn)移

亞穩(wěn)態(tài)22第22頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月He-Ne激光管的工作原理：

由于電子的碰撞,He被激發(fā)(到23S和21S能級(jí))的概率比Ne原子被激發(fā)的概率大；

在He

的23S，21S這兩個(gè)能級(jí)都是亞穩(wěn)態(tài)，很難回到基態(tài)；在He的這兩個(gè)激發(fā)態(tài)上集聚了較多的原子。

由于Ne的5S和4S與He的21S和23S的能量幾乎相等，當(dāng)兩種原子相碰時(shí)非常容易產(chǎn)生能量的“共振轉(zhuǎn)移”；23第23頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（要產(chǎn)生激光，除了增加上能級(jí)的粒子數(shù)外，還要設(shè)法減少下能級(jí)的粒子數(shù)）

正好Ne的5S，4S是亞穩(wěn)態(tài)，下能級(jí)4P，

3P的壽命比上能級(jí)5S，4S要短得多，這樣就可以形成粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。

在碰撞中He把能量傳遞給Ne而回到基態(tài)，而Ne則被激發(fā)到5S或4S；24第24頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

放電管做得比較細(xì)（毛細(xì)管），可使原子與管壁碰撞頻繁。借助這種碰撞，3

S態(tài)的Ne原子可以將能量交給管壁發(fā)生

“無(wú)輻射躍遷”而回到基態(tài)，以及時(shí)減少3S態(tài)的Ne原子數(shù)，有利于激光下能級(jí)4P與3P態(tài)的抽空。25第25頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

Ne原子可以產(chǎn)生多條激光譜線,

圖中標(biāo)明了最強(qiáng)的三條:

0．6328

ｍ

1．15

m3．39

ｍ它們都是從亞穩(wěn)態(tài)到非亞穩(wěn)態(tài)、非基態(tài)之間發(fā)生的，因此較易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。26第26頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、光學(xué)諧振腔激光器有兩個(gè)反射鏡，它們構(gòu)成一個(gè)光學(xué)諧振腔。激勵(lì)能源

全反射鏡部分反射鏡

激光為了強(qiáng)化光放大，應(yīng)使受激輻射光反復(fù)多次通過(guò)激活物質(zhì)。實(shí)現(xiàn)這一目的的裝置是光學(xué)諧振腔27第27頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光學(xué)諧振腔的作用：

1、使激光具有極好的方向性（沿軸線）；

2、增強(qiáng)光放大作用（延長(zhǎng)了工作物質(zhì)）；

3、使激光具有極好的單色性（選頻）。28第28頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、激勵(lì)能源

3、光學(xué)諧振腔保證光放大使激光有良好的方向性和單色性使原子激發(fā)維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光器的三個(gè)主要組成部分1、激活介質(zhì)有合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)29第29頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、激光的特性及其應(yīng)用★方向性極好的強(qiáng)光束

--------準(zhǔn)直、測(cè)距、切削、武器等?！锵喔尚詷O好的光束

--------精密測(cè)厚、測(cè)角，全息攝影等。利用激光高強(qiáng)度良好的聚焦性（平行性）迅速非接觸可在空氣中進(jìn)行焊接(燒熔)：可加工硬質(zhì)合金鉆石等鉆孔(燒穿)：★加工30第30頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月刻制光柵等繪制集成電路圖如芯片電路的準(zhǔn)確分割切割(連續(xù)打孔)：調(diào)節(jié)精密電阻

★測(cè)量：準(zhǔn)直、測(cè)距等★醫(yī)療：激光手術(shù)刀血管內(nèi)窺鏡治癌等★軍事：激光制導(dǎo)激光炮等★核技術(shù)：激光分離同位素（還利用了頻率準(zhǔn)確的特點(diǎn)）激光核聚變（107─109K,氘─氚小彈丸）等31第31頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激光雷達(dá)（分辨率高，可測(cè)云霧）等利用激光極好的相干性：★測(cè)量：精密測(cè)長(zhǎng)、測(cè)角，測(cè)流速(10-5—104m/s)定向(激光陀螺)測(cè)電流電壓（磁光效應(yīng)）準(zhǔn)確測(cè)定光速c（定義1m=c/299752458）★全息技術(shù)：全息存儲(chǔ)全息測(cè)量全息電影全息攝影等32第32頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月抗干擾性強(qiáng)★探測(cè)：微電子器件表面探測(cè)（激光─原子力顯微鏡可測(cè)25個(gè)原子厚度的起伏變化)單原子探測(cè)（利用光譜分析能測(cè)出1020個(gè)原子中的一個(gè)原子）★激光光纖通訊：載波頻率高（1011─1015Hz）信息容量大清晰功耗小分子雷達(dá)（可探測(cè)活細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝過(guò)程）33第33頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

激光核聚變這是激光NOVA靶室，在靶室內(nèi)十束激光同時(shí)聚向一個(gè)產(chǎn)生核聚變反應(yīng)的小燃料樣品上，引發(fā)核聚變。34第34頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

激光焊接高能激光（能產(chǎn)生約5500oC的高溫）把大塊硬質(zhì)材料焊接在一起35第35頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用激光使脫落的視網(wǎng)膜再?gòu)?fù)位（目前已是常規(guī)的醫(yī)學(xué)手術(shù)）36第36頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用脈沖的染料激光（波長(zhǎng)585nm）處理皮膚色素沉著處理前處理后37第37頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

激光光纖通訊由于光波的頻率比電波的頻率高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，一根極細(xì)的光纖能承載的信息量，相當(dāng)于圖片中這麼粗的電纜所能承載的信息量。38第38頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激光手術(shù)刀

（不需開(kāi)胸，不住院）

照明束……照亮視場(chǎng)

纖維鏡激光光纖……成象

有源纖維強(qiáng)激光……使堵塞物熔化臂動(dòng)脈主動(dòng)脈冠狀動(dòng)脈內(nèi)窺鏡附屬通道有源纖維套環(huán)纖維鏡照明束

附屬通道（可注入氣或液）

……排除殘物以明視線

套環(huán)

……（可充、放氣）阻止血流或使血流流通39第39頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激光——

原子力顯微鏡(AFM)

用一根鎢探針或硅探針在距試樣表面幾毫微米的高度上反復(fù)移動(dòng),來(lái)探測(cè)固體表面的情況。試樣通常是微電子器件。激光-原子力顯微鏡（AFM）激光器分束器布喇格室棱鏡檢測(cè)器反饋機(jī)構(gòu)接計(jì)算機(jī)微芯片壓電換能器壓電控制裝置40第40頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月探針尖端在工作時(shí)處于受迫振動(dòng)狀態(tài)，其頻率接近于探針的共振頻率。探針尖端在受樣品原子的范得瓦爾斯吸引力的作用時(shí)，其共振頻率發(fā)生變化，因而振幅也隨之改變。為了跟蹤尖端的振動(dòng)情況，將一束激光分成兩束，其中一束通過(guò)棱鏡反射，另一束則穿過(guò)布喇格室，然后從探針背面反射回來(lái)。41第41頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可檢測(cè)出尺度小至5毫微米的表面起伏變化。用于檢查微電路成品，檢查制作微電路用的硅表面的質(zhì)量。這兩束光重新會(huì)合后發(fā)生干涉，根據(jù)干涉的情況可知探針振動(dòng)的變化情況。據(jù)此可探知試樣表面的原子起伏情況。隨著微電子電路技術(shù)的進(jìn)展，硅基片表面的不平坦度如果超過(guò)幾個(gè)原子厚度就將被認(rèn)為是不合格的。42第42頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、電子共有化固體具有大量分子、原子或離子有規(guī)則排列的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。電子受到周期性勢(shì)場(chǎng)的作用。d一維正離子形成的庫(kù)侖勢(shì)場(chǎng)

§14.2固體的能帶結(jié)構(gòu)43第43頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

解定態(tài)薛定格方程(略），可以得出兩點(diǎn)重要結(jié)論：１.電子的能量是量子化的;２.電子的運(yùn)動(dòng)有隧道效應(yīng)。

原子的外層電子(高能級(jí))，勢(shì)壘穿透概率較大，電子可以在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng),稱為共有化電子。原子的內(nèi)層電子與原子核結(jié)合較緊,一般不是共有化電子。二、自由電子模型44第44頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如：銅原子.單位體積內(nèi)的離子數(shù)：銅離子間距：（相當(dāng)于小正方體）當(dāng)金屬中電子的德布羅意波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離子間距時(shí)（），金屬中的‘共有化電子’可視為“自由電子”。45第45頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在室溫（T=300K）下，電子的方均根速率為：相應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：可見(jiàn)，銅塊中的電子可以視為自由電子46第46頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、自由電子在三維無(wú)限深方勢(shì)阱中薛定諤方程：解薛定諤方程得：47第47頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固體中自由電子數(shù)隨能量的分布在絕對(duì)零度的情況下，金屬中的自由電子可能占據(jù)的最高能級(jí)為費(fèi)米能級(jí)在絕對(duì)零度時(shí)，小于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)都被電子占據(jù)；大于費(fèi)米能級(jí)的量子態(tài)都沒(méi)有電子。48第48頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在常溫下，金屬中自由電子的能量分布與T=0K時(shí)的能量分布差別不大。在常溫下，金屬中絕大多數(shù)電子不可能躍遷到費(fèi)米能級(jí)以上的空能級(jí)；只有在費(fèi)米能級(jí)以下緊鄰的能量在約0.03ev的能量薄層內(nèi)的電子才可能躍遷到費(fèi)米能級(jí)上面鄰近的空能級(jí)。49第49頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、能帶

量子力學(xué)計(jì)算表明，固體中若有N個(gè)原子，由于各原子間的相互作用，對(duì)應(yīng)于原來(lái)孤立原子的每一個(gè)能級(jí),變成了N條靠得很近的能級(jí),稱為能帶。§14.3固體的能帶結(jié)構(gòu)固體中的電子能級(jí)有什么特點(diǎn)？50第50頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能帶的寬度記作

E

，數(shù)量級(jí)為

E～eV。

若N~1023,則能帶中兩能級(jí)的間距約10-23eV。一般規(guī)律：

1、越是外層電子，能帶越寬，

E越大。

2、點(diǎn)陣間距越小，能帶越寬，

E越大。

3、兩個(gè)能帶有可能重疊。51第51頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子間距a2P2S1SE0能帶重疊示意圖52第52頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、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。

排布原則：１、服從泡利不相容原理２、服從能量最小原理設(shè)孤立原子的一個(gè)能級(jí)Enl，它最多能容納2(2+1)個(gè)電子。這一能級(jí)分裂成由N條能級(jí)組成的能帶后，能帶最多能容納２Ｎ(2+1)個(gè)電子。53第53頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子排布時(shí)，應(yīng)從最低的能級(jí)排起。三、有關(guān)能帶被占據(jù)情況的幾個(gè)名詞

1、滿帶（排滿電子）

2、價(jià)帶（能帶中一部分能級(jí)排滿電子）

亦稱導(dǎo)帶

3、空帶（未排電子）

亦稱導(dǎo)帶

4、禁帶（不能排電子）2ｐ、３ｐ能帶，最多容納6Ｎ個(gè)電子。例如，1ｓ、２ｓ能帶，最多容納2Ｎ個(gè)電子。２Ｎ(2+1)54第54頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體它們的導(dǎo)電性能不同，是因?yàn)樗鼈兊哪軒ЫY(jié)構(gòu)不同。固體按導(dǎo)電性能的高低可以分為導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體55第55頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體

Eg

Eg

Eg56第56頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在外電場(chǎng)的作用下，大量共有化電子很易獲得能量，集體定向流動(dòng)形成電流。從能級(jí)圖上來(lái)看，是因?yàn)槠涔灿谢娮雍芤讖牡湍芗?jí)躍遷到高能級(jí)上去。E1、導(dǎo)體57第57頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從能級(jí)圖上來(lái)看，是因?yàn)闈M帶與空帶之間有一個(gè)較寬的禁帶（

Eg約3～6eV），共有化電子很難從低能級(jí)（滿帶）躍遷到高能級(jí)（空帶）上去。在外電場(chǎng)的作用下，共有化電子很難接受外電場(chǎng)的能量，所以不能形成電流。滿帶與空帶之間也是禁帶，但是禁帶很窄（

Eg約0.1～2eV)。2、絕緣體3、半導(dǎo)體58第58頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月絕緣體與半導(dǎo)體的擊穿當(dāng)外電場(chǎng)非常強(qiáng)時(shí)，它們的共有化電子還是能越過(guò)禁帶躍遷到上面的空帶中的。絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體59第59頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1、本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體是指純凈的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能在導(dǎo)體與絕緣體之間。介紹兩個(gè)概念：(1)電子導(dǎo)電……半導(dǎo)體的載流子是電子(2)空穴導(dǎo)電……半導(dǎo)體的載流子是空穴滿帶上的一個(gè)電子躍遷到空帶后,滿帶中出現(xiàn)一個(gè)空位。60第60頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例.半導(dǎo)體CdS（硫化鎘）滿帶空帶h

Eg=2.42eV這相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)帶正電的粒子(稱為“空穴”),把電子抵消了。電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。61第61頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空帶滿帶空穴下面能級(jí)上的電子可以躍遷到空穴上來(lái),這相當(dāng)于空穴向下躍遷。滿帶上帶正電的空穴向下躍遷也形成電流,這稱為空穴導(dǎo)電。

Eg在外電場(chǎng)作用下,62第62頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：上例中,半導(dǎo)體CdS（硫化鎘）激發(fā)電子,

光波的波長(zhǎng)最大多長(zhǎng)？63第63頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、雜質(zhì)半導(dǎo)體１、

n型半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體Si（硅）、Ｇｅ（鍺）等，摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)元素，如P（磷）、As（砷）等形成電子型半導(dǎo)體,稱n型半導(dǎo)體。量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的電子的能級(jí)在禁帶中緊靠空帶處,

ED～10-2eV，極易形成電子導(dǎo)電。該能級(jí)稱為施主能級(jí)64第64頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

n型半導(dǎo)體在n型半導(dǎo)體中

電子……多數(shù)載流子空帶滿帶施主能級(jí)EDEgSiSiSiSiSiSiSiP空穴……少數(shù)載流子65第65頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月２、p型半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體Si（硅）、Ｇe（鍺）等，摻入少量三價(jià)的雜質(zhì)元素，如Ｂ（硼）、Ga（鎵）、Ｉn（銦）等形成空穴型半導(dǎo)體，稱p型半導(dǎo)體。量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的空穴的能級(jí)在禁帶中緊靠滿帶處，

ED～10-2eV，極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。該能級(jí)稱受主能級(jí)66第66頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空帶ED滿帶受主能級(jí)

P型半導(dǎo)體SiSiSiSiSiSiSi+BEg在p型半導(dǎo)體中空穴……多數(shù)載流子電子……少數(shù)載流子67第67頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、n型化合物半導(dǎo)體例如，化合物GaAs（砷化鎵）中摻Ｔｅ（碲），六價(jià)的Te替代五價(jià)的As可形成施主能級(jí)，成為n型GaAs雜質(zhì)半導(dǎo)體。4、ｐ型化合物半導(dǎo)體例如，化合物GaAs中摻Zn（鋅），二價(jià)的Zn替代三價(jià)的Ga（鎵）可形成受主能級(jí)，成為p型GaAs雜質(zhì)半導(dǎo)體。問(wèn)題：現(xiàn)有硅（Si）、硼（B）、磷（P）元素，預(yù)制成多數(shù)載流子為電子的半導(dǎo)體材料，如何制得？68第68頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.雜質(zhì)補(bǔ)償作用實(shí)際的半導(dǎo)體中既有施主雜質(zhì)（濃度nd），又有受主雜質(zhì)（濃度na），兩種雜質(zhì)有補(bǔ)償作用：若nd

na——為n型（施主）若nd

na——為p型（受主）利用雜質(zhì)的補(bǔ)償作用，可以制成PＮ結(jié)。69第69頁(yè)，課件共77頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、pn結(jié)1、pn結(jié)的形成在一塊n型半導(dǎo)體基片的