半导体物理基础

半导体科学有多个分支学科，包含丰富的理论和技术知识。

半导体材料是半导体科学的分支之一，是半导体科学发展的物质基础。

量子力学提出的能带概念大大推动了半导体材料的发展，固体能带论揭示了半导体的本质。

0.半导体定义

电阻率介于导体和绝缘体之间的物质。

 

1.能带理论

原子核的核外电子按照能级排布（E1，E2，E3），同一能级中的不同轨道（亚能级）被称为能带（2s，2p）。

基态中被电子占据的能带被称为满带。

基态中未被电子占据的能带被称为空带。

能量最低的带被称为导带，能量最高的是价电子填满的能带，被称为价带。

满带和空带之间的区域被称为禁带。

在导体中满带和空带之间是相邻的，电子从低能级满带跃迁到高能级空带所需能量很小。

随着跃迁所需能量的增大，可以分为半导体和绝缘体。

导体（没有能隙）、半导体（能隙 < 3 eV)、绝缘体 (能隙 > 3 eV)

2.导电机理模型

电子在外界因素（如电场）作用下的定向移动即为电流。

电子跃迁需要的两个条件：1.有能向电子提供能量的外界能量，2.电子将要跃迁的能带是空的。

导带中存在大量的空能级，电子可以跃迁至此，宏观上电子的移动即为电流。

而电子的移动使得空位不断出现，就好像空位（空穴）在移动，只不过与电子移动方向相反。

半导体导电的载流子即为电子和空穴。

3.扩散理论