半导体光电子学 §2.1 异质结及其能带图
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半导体异质结构1半导体异质结及其能带图异质结由两种不同的半导体单晶材料组成的结,称为异质结。
半导体异质结的能带图反型异质结指由导电类型相反的两种不同的半导体单晶材料所形成的异质结。
例如p型Ge与n型GaAs所形成的结——p-nGe-GaAs(或(p)Ge-(n)GaAs)——一般把禁带宽度较小的半导体材料写在前面。
同型异质结指由导电类型相同的两种不同的半导体单晶材料所形成的异质结。
例如n型Ge与n型GaAs所形成的结——p-pGe-GaAs(或(p)Ge-(p)GaAs)突变型异质结一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡只发生于几个原子距离范围内不考虑界面态时的能带图突变反型异质结能带图由于n型半导体的费米能级较高,电子将从n型半导体流向p型半导体,同时空穴在与电子相反方向流动,直至Ef=Ef1=Ef2——热平衡状态。
此时,材料交界面的两边形成了空间电荷区(即势垒区或耗尽层)。
n型半导体一侧为正空间电荷区,p型半导体一侧为负空间电荷区,且电荷数相等(由于不考虑界面态),空间电荷区间产生电场,也称为内建电场,所以电子在空间电荷区中各点有附加电势能,使空间电荷区中的能带发生了弯曲。
尖峰与凹口能带突变突变同型异质结能带图形成异质结时,由于禁带宽度大的n型半导体的费米能级比禁带宽度小的高,所以电子将从前者流向后者。
结果在禁带宽度小的n型半导体一边形成了电子的积累层,而另一边形成了耗尽层。
对于反型异质结,两种半导体材料的交界面两边都成为了耗尽层;而在同型异质结中,一般必有一边成为积累层。
尖峰与凹口能带突变考虑界面态时的能带图1.形成异质结的两种半导体材料的晶格失配,需要引入界面态。
2.由于晶格失配,在两种半导体材料的交界面处产生了悬挂键,引入界面态。
3.当具有金刚石结构的晶体的表面能级密度在10¹³cm-²以上时,在表面处的费米能级位于禁带宽度的越1/3处——巴丁极限。
4.对于n型半导体,悬挂键起受主作用,因此表面处的能带向上弯曲。