半導體物理學黃整1教材:《半導體物理學》，劉恩科等編著參考書：《半導體物理與器件》，DonaldA.Neamen著，電子工業出版社

2固體材料分類：絕緣體、半導體、導體、超導體什么是半導體？gapgap3硼碳氮氧鋁硅硫鋅鎵鍺硒鎘銦錫銻碲磷砷4運動的描述Minkowski空間：x，y，z，ictpx，py，pz，iE/c守恒量：不確定關系：波粒二象性：5經典描述：x，y，z，t定態描述：px，py，pz，E適于描述晶體中原子核的運動適于描述晶體中電子的運動kx，ky，kz，E也可用于描述晶體中原子核的振動能譜6單胞對于任何給定的晶體，形成晶體結構的最小單元稱為單胞注：（a）單胞無需是唯一的

（b）單胞無需是基本的一、晶體結構7三維立方單胞簡立方體心立方BCC面立方FCC81。金剛石型晶體結構原子結合形式：共價鍵晶體結構：構成一個正四面體，具有金剛石晶體結構9具有金剛石型結構的半導體有:元素半導體，如Si、Ge10具有閃鋅礦型晶體結構的半導體有:

化合物半導體如GaAs、InP、ZnS2。閃鋅礦型晶體結構113。纖鋅礦型晶體結構具有纖鋅礦型晶體結構的半導體有:化合物半導體如ZnS、ZnSn、GeS、GeSn12練習1、單胞是基本的、不唯一的單元。（）2、按半導體結構來分，應用最為廣泛的是（）。3、寫出三種立方單胞的名稱，并分別計算單胞中所含的原子數。4、計算金剛石型單胞中的原子數。13原子的能級二、電子狀態和能帶電子殼層不同支殼層電子1s；2s，2p；3s，2p，3d；…共有化運動14+14量子化的電子能級n=34個價電子n=28個電子n=12個電子SiSi原子的能級總共14個電子15原子的能級的分裂孤立原子的能級4個原子能級的分裂16大量原子的能級分裂為能帶17Si的能帶（價帶、導帶和帶隙）18價帶：0K條件下被電子填充的能帶導帶：0K條件下未被電子填充的能帶帶隙：導帶底與價帶頂之間的能量差半導體的能帶結構導帶價帶EgFermi能禁帶19自由電子的運動非相對論近似波粒二象性波函數20晶體中電子的運動薛定諤方程及其解的形式布洛赫波函數n為整數21動量的量子化=1必須為有理數，不能為無理數n為整數，晶格數目22波函數對動量的周期性能量是k的周期函數，準連續的有理數k構成周期性變化的k空間晶格結構，其晶格參數為：23布里淵區中的能帶結構布里淵區第一布里淵區E為k的多值函數，標為Emm=1m=2m=3m=424面心立方（FCC）晶格的布里淵區k空間為BCC結構第一布里淵區25第一布里淵區26固體材料的能帶27絕緣體、半導體和導體28半導體的本征激發：價帶上的電子受熱激發到導帶的過程。29練習1、什么是共有化運動？2、畫出Si原子結構圖（畫出s態和p態并注明該能級層上的電子數）3、電子所處能級越低越穩定。（）4、無論是自由電子還是晶體材料中的電子，他們在某處出現的幾率是恒定不變的。（）5、分別敘述半導體與金屬和絕緣體在導電過程中的差別。30三、半導體中能量E與波矢k的關系設一維導帶的底部在波矢k=0處，將E作泰勒展開=0令有效質量E031電子的平均速度在周期性勢場內，電子的平均速度u可表示為波包的群速度32電子的加速度外加電場E的作用下，電子能量變化電子受力電子加速度33電子有效質量的意義自由電子只受外力作用；半導體中的電子不僅受到外力的作用，同時還受半導體內部勢場的作用。意義：有效質量概括了半導體內部勢場的作用，使得研究半導體中電子的運動規律時更為簡便。有效質量可由實驗測定。34四、空穴只有非滿帶電子才可導電導帶電子和價帶空穴均具有導電特性電子帶負電-q（導帶底），空穴帶正電+q（價帶頂）35五、k空間等能面設k=0處為能帶極值導帶底附近價帶頂附近36k空間三維的情況為導帶底則附近設37具有確定能量E的全部k點構成一個封閉的曲面，稱為等能面理想的等能面為k空間的一個球面為各向同性的38回旋共振考察磁場中半導體的電子則回旋頻率(角頻率)此時頻率為wc的電磁波通過樣品，要發生共振吸收，稱為回旋吸收。39如果等能面不是球面而是橢球面，則回旋共振吸收頻率與磁場的方向有關。可能會出現1~3個不同的wc。40六、硅和鍺的能帶結構輕空穴重空穴鍺硅一個wc兩個wc41七、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的能帶結構銻化銦電子有效質量很小重空穴，極大值偏離中心點輕空穴旋軌耦合分裂出來的第