2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的能带

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半导体的能带

半导体的能带1.元素半导体的能带结构金刚石结构xyz设B沿kx,ky,kz

轴的方向余弦分别为

，

，则如果等能面是椭球面，则有效质量是各向异性的。沿kx,ky,kz

轴方向分别为mx*,my*,mz*。导带价带硅和锗的能带结构[0ī0][100][00ī][010][ī00][001]硅导带等能面示意图极大值点k0在坐标轴上。共有6个形状一样的旋转椭球等能面。(1)导带ABCD导带最低能值[100]方向

硅的能带结构

价带极大值

位于布里渊区的中心（坐标原点K=0）存在极大值相重合的两个价带

外面的能带曲率小，对应的有效质量大，称该能带中的空穴为重空穴，(mp*)h

。内能带的曲率大，对应的有效质量小，称此能带中的空穴为轻空穴，（mp*)l

。

E(k)为球形等能面（2）价带锗的能带结构

导带最低能值

[111]方向布里渊区边界存在有四个这种能量最小值

E(k)为以[111]方向为旋转轴的椭圆等能面价带极大值

位于布里渊区的中心（K=0）

存在极大值相重合的两个价带

外面的能带曲率小，对应的有效质量大，称该能带中的空穴为重空穴。内能带的曲率大，对应的有效质量小，称此能带中的空穴为轻空穴。

禁带宽度Eg随温度增加而减小且Si：dEg/dT=-2.8×10-4eV/K

Ge:dEg/dT=-3.9×10-4eV/KEg:

T=0:Eg(Si)=0.7437eV

Eg(Ge)=1.170eV

Ge、Si能带结构的主要特征

多能谷结构：

锗、硅的导带分别存在四个和六个这种能量最小值，导带电子主要分布在这些极值附近，通常称锗、硅的导带具有~。

间接带隙半导体：

硅和锗的导带底和价带顶在k

空间处于不同的k

值。2.III－V族化合物的能带结构GaAs的能带结构闪锌矿结构EGaAsEg0·36eVLΓX[111][100]导带有两个极小值：一个在k=0处，

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