第第19章章 固体物理固体物理简介介 类型类型结合力结合力方向性方向性饱和性饱和性性能性能导电性导电性硬度硬度 熔点熔点离子晶体离子晶体离子键离子键无无弱弱高高共价晶体共价晶体共价键共价键有有很低很低高高分子晶体分子晶体范德瓦耳斯键范德瓦耳斯键无无低低差差金属晶体金属晶体金属键金属键无无好好19.1 19.1 晶体构造和晶体分晶体构造和晶体分类一一. 晶体分类晶体分类二二. 晶体构造晶体构造面心立方构造立方构造在晶体中，原子或离子周期性反复在晶体中，原子或离子周期性反复陈列，构成晶格，或称列，构成晶格，或称为空空间点点阵。金刚石体心立方19.2 19.2 固体能固体能带构造构造固体固体晶体晶体非晶体非晶体周期周期陈列，构成空列，构成空间点点阵由大量原子组成由大量原子组成主要特征主要特征一一. 固体的能固体的能带1. 单个原子的形状及能个原子的形状及能级* *单个原子核外个原子核外电子的形状有四个量子数定子的形状有四个量子数定 n l ml ms n l ml ms n l ml ms 1n l ml 2n l 2 ( 2l+1 )n 2n2量量子子态态数数* *原子的能量与原子的能量与n l n l 有关有关* *壳壳层中中电子的分布遵照泡利不相容原理和能量最低原理子的分布遵照泡利不相容原理和能量最低原理能级图：能级图：n = 1 l = 0 n = 2 l = 0,1 n = 3 l = 0,1,2 n 代表一个主壳层1s2s2p3s3p3d一个主壳层中包括支壳层一个主壳层中包括支壳层 n 一样同一主壳层n 一样而l 不同同一主壳层的不同 支壳层* *电子在核外壳层分布电子在核外壳层分布2. 晶体中原子的能级晶体中原子的能级* *电子共有化电子共有化 由于晶体中原子严密陈列，相邻原子的外电子壳层有由于晶体中原子严密陈列，相邻原子的外电子壳层有一定程度的重叠即电子云有不同程度的重叠一定程度的重叠即电子云有不同程度的重叠 ，电子，电子可以在相邻原子的同一能级的同一轨道上转移，在整个可以在相邻原子的同一能级的同一轨道上转移，在整个晶体内运动，即电子属于晶体。晶体内运动，即电子属于晶体。* *能级分裂成能带能级分裂成能带 电子做共有化运动，由于电子之间有相互影响，在电子做共有化运动，由于电子之间有相互影响，在相应轨道上一样的相应轨道上一样的 n l 做共有化运动的电子的能量做共有化运动的电子的能量又稍有不同。又稍有不同。 设N个原子个原子组成晶体，那么晶体中每个原子原来的成晶体，那么晶体中每个原子原来的每条能每条能级都分裂成都分裂成N个新能个新能级：最多包容电子数最多包容电子数2N2N2N6N6N10N 由于由于N非常大，而新能非常大，而新能级与原来能与原来能级很接近，所以二相很接近，所以二相邻能能级间能量差非常小，可以能量差非常小，可以为是延是延续的。的。N个新能个新能级的能量范的能量范围DE称称为能能带宽度。度。每个能每个能带可包容可包容电子数：子数：2(2l+1)N3. 几个名词几个名词P442444* *禁禁带* *满带* *空空带* *价价带* *导带二二. 绝缘体、导体、半导体绝缘体、导体、半导体P448价价带带0.11.5eV半导体半导体36eV绝缘体绝缘体价价带带满满带带锂锂镁镁铜铜 铝铝 银银导体三种情况导体三种情况三三. 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体P4501. 本征半本征半导体体纯真的半真的半导体无体无杂质、无缺陷、无缺陷导电机构：机构：电子、空穴子、空穴导电，导电性弱性弱电子、空穴数目一子、空穴数目一样总电流流=电子子电流流+空穴空穴电流流2. 杂质半导体：杂质半导体：n型、型、p型型1 1 n n型：在四价元素中用分散法型：在四价元素中用分散法掺入少量五价元素入少量五价元素杂质杂质能级能级满带满带10-2 eV施主施主能级能级2 2 p p型：在四价元素中掺入少量三价元素型：在四价元素中掺入少量三价元素杂质杂质能级能级满带满带受主受主能级能级10-2 eV空穴空穴四四. pn结结P452pn 结中的电场和电势差结中的电场和电势差p区能带升高，区能带升高，n区能区能带降低，构成势垒带降低，构成势垒p n结中中电场减弱，减弱，势垒降低，降低，电子、空穴分散容易，构成正子、空穴分散容易，构成正向宏向宏观电流，并随流，并随电压变化。化。p n结中中电场加加强，势垒增高，增高，电子、空穴分散困子、空穴分散困难，构成，构成很小的反向很小的反向电流。流。正向电压反向电压EEp n结处于于导通形状通形状p n结处于阻塞形状于阻塞形状10203010200. 40. 82030半半导体光体光电检测器器pn 结单导游游电性性pn 结伏安特性曲线结伏安特性曲线U / VI / mA正向反向击穿电压9. 假设在四价元素半导体中掺入五价元素原子，那么构成假设在四价元素半导体中掺入五价元素原子，那么构成_型半导体，参与导电的载流子多数是型半导体，参与导电的载流子多数是_。在所给能级。在所给能级图中定性画出其施主或受主能级表示图：图中定性画出其施主或受主能级表示图：导导 带带满满 带带E作业三作业三.P39.P397. 纯真真锗吸收吸收辐射的最大波射的最大波长l=1.9mm，锗的禁的禁带宽度度为_。8. 本征半本征半导体硅的禁体硅的禁带宽度是度是1.14eV，它能吸收，它能吸收辐射的最大射的最大波波长是是_。1090nmn电子子施主能级施主能级10. 激发本征半导体中传导电子的几种方法有激发本征半导体中传导电子的几种方法有1热激发热激发2光激发光激发3用三价元素掺杂用三价元素掺杂4用五价元素掺杂，对于用五价元素掺杂，对于纯锗和纯硅这类本征半导体，在上述方法中能激发其传导电纯锗和纯硅这类本征半导体，在上述方法中能激发其传导电子的有：子的有：_。受主能级受主能级1，2，4导导 带带满满 带带E11. 在半导体晶体硅中掺入适量的铝在半导体晶体硅中掺入适量的铝z=13，会构成，会构成_型型半导体，并大致画出其能带构造表示图：半导体，并大致画出其能带构造表示图：p