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§1-2 异质结的晶格匹配与异质结在光电子器件中的应用一、半导体光电子材料1.半导体光电材料特性参数2. 异质结中的晶格匹配二、半导体材料的折射率三、异质结特性及在半导体光电子器件中的应用一、半导体光电子材料.常见半导体材料（Si、GaAs）的能带图半导体的能带结构与晶向有关，都比较复杂，通常以能量E和波矢k的关系来表达。
Si的导带的极小值和价带的极大值不在同一k值处，因而为间接带；GaAs、InP的导带极小值和价带极大值同在相同的k=0处，这类材料为直接带隙材料。
1.半导体光电材料特性参数晶体结构、晶格常数a，热胀系数，能带类型、（单位为ev）、电子迁移率µn和空穴迁移率µp、禁带宽度Eg介电常数ε和电子亲合势χ。
•Si间接带隙材料，金刚石结构，原胞是面心立方结构，常规电子器件和高速的集成电路材料。
Si、Ge等Ⅳ族元素半导体都是间接带隙等材料，其发光效率非常低，不适于做发光器件。
•GaAs、InP是直接带隙材料，闪锌矿结构。
沿着它的{110}晶面很容易把晶体一分为二地解理开来，故此面称为解理面。
Ⅲ-Ⅴ族中的直接带隙材料。
在{110}面中，同时有等数量的Ga原子和As原子，因此显示出电学中性。
解理面非常平坦、光亮，有较高的反射率，解理面之间相互平行，因此两个相向平行的解理面就构成一个非常好的谐振腔。
二、半导体材料的折射率不同化合物的禁带宽度Eg和折射率n随组分的变化趋势正好相反，即Eg大的化合物，折射率n反而较小。
这正是设计半导体光电器件常常需要的。
Al x Ga 1-x As 的折射率n 随AlAs 组分x 之间的依赖关系为2091.0710.0590.3xx n +−=Ga x In 1-x As y P 1-y 的折射率n 的表达为()2059.0256.04.3yy y n −+=折射率是一个很重要的光学参数。
折射率的大小、异质结构中的折射率梯度、折射率随波长、载流子浓度、温度等等的变化都会影响半导体激光器、探测器、波导器件的性能，尤其会影响激光的波长和模式。
第1 章半导体二极管及其应用本章规定：1、理解本证半导体、P 型和N 型半导体的特性及PN 结的形成过程。
2、熟悉二极管的伏安特性及其分类。
3、掌握直流稳压电源的构成及各部分电路的作用。
本章重点：1、PN 结的单向导电性。
2、二极管的伏安特性及应用。
本章难点：PN 结的形成。
教学时数：8 学时教学办法：自学+多媒体教学1.1半导体的特性及其类型一、半导体的独特特性１、导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属普通都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：导电特性处在导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和某些硫化物、氧化物等。
2、半导体的导电特性：（1）热敏性：当环境温度升高时，导电能力明显增强。
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
（2）光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。
(可做成多个光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管教学办法阐明通过生产生活中的电子产品引入课题。
等)。
（3）掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显变化。
(可做成多个不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
3、本征半导体的晶体构造（1）本征半导体 --- 完全纯净的、不含其它杂质且含有晶体构造的半导体称为本征半导体。
（2）、本征半导体中的两种载流子----自由电子和空穴使本征半导体含有导电能力，但很微弱。
注意：温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好因。
此，温度对半导体器件性能影响很大。
二、杂质半导体注意阐明：本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差。
1、N 型半导体----掺入五价元素如磷、锑、砷等。
自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
2、P 型半导体掺入三价元素如硼、镓、铟等。
空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
注意：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。
2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。
第1章 半导体器件一、是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√"表示对,用"×"表示错) 1、P 型半导体可通过在本半导体中掺入五价磷元素而获得。
（ ） 2、N 型半导体可以通过在本征半导体中掺入三价元素而得到。
（ ） 3、在N 型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以发型为P 型半导体。
（ ） 4、P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。
（ ）5、N 型半导体的多数载流子是电子，所以它带负电。
（ ）6、半导体中的价电子易于脱离原子核的束缚而在晶格中运动。
（ ）7、半导体中的空穴的移动是借助于邻近价电子与空穴复合而移动的。
（ ）8、施主杂质成为离子后是正离子。
（ ）-9、受主杂质成为离子后是负离子。
（ ）10、PN 结中的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。
（ ） 11、漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。
（ ）12、由于PN 结交界面两边存在电位差，所以，当把PN 结两端短路时就有电流流过。
（ ） 13、PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
（ ）14、二极管的伏安特性方程式除了可以描述正向特性和反向特性外，还可以描述二极管的反向击穿特性。
（ ） 15、通常的BJT 管在集电极和发射极互换使用时，仍有较大的电流放大作用。
（ ） 16、有人测得某晶体管的U BE =，I B =20μA ，因此推算出r be =U BE /I B =20μA=35kΩ。
（ ） 17、有人测得晶体管在U BE =，I B =5μA ，因此认为在此工作点上的r be 大约为26mV/I B =Ω。
（ ） 18、有人测得当U BE =，I B =10μA 。
考虑到当U BE =0V 时I B =0因此推算得到·0.6060()100BE be B U r k I ∆-===Ω∆- （ ）二、选择题 (注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) . 1、在绝对零度（0K ）时，本征半导体中_________ 载流子。
第一章半导体基础知识〖本章主要内容〗本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。
首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。
其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。
然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。
〖本章学时分配〗本章分为4讲，每讲2学时。
第一讲常用半导体器件一、主要内容1、半导体及其导电性能根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。
半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9Ω∙cm。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。
2、本征半导体的结构及其导电性能本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。
在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。
3、半导体的本征激发与复合现象当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。
当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。
这一现象称为本征激发（也称热激发）。
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。
游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。
在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。
4、半导体的导电机理自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。
