下载文档原格式
![半导体物理学[第九章异质结]课程复习](https://uimg.taocdn.com/9f18b9acf524ccbff121840e.webp)
第九章异质结9．1 理论概要与重点分析(1)由两种不同的半导体材料形成的结，称为异质结。
异质结是同质结的引申和发展，而同质结是异质结的特殊情况。
异质结分为同型异质结(如n-nGe—GaAs，p—pGe-Si，等)和反型异质结(如p—nGe—GaAs，p—nGe—Si等)。
另外，根据结处两种材料原子过渡的陡、缓情况，可分为突变和缓变异质结。
通常形成异质结的两种材料沿界面有相近的结构，因而界面仍保持晶格连续。
(2)研究异质结的特性时，异质结的能带图起着重要作用。
在不考虑界面态的情况下，任何异质结能带图都取决于两侧半导体材料的电子亲和能、禁带宽度、功函数(随掺杂类型及浓度而异)三个因素。
然而平衡异质结内具有统一费米能级仍然是画能带图的重要依据。
由于禁带宽度和电子亲和能不同，两种半导体的Ec 、Ev，在交界面处出现不连续而发生突变，其突变量：由于晶格失配，必然在界面处存在悬挂键而引入界面态，晶格失配越严重，悬挂键密度越高，界面态密度越大。
不同晶面相接触形成异质结其悬挂键密度是不同的，经推算，几个主要面形成异质结后的悬挂键密度△Ns分别为如果界面态的密度很大(1013／cm2以上)，表面处的费米能级在表面价带以上禁带宽度的1/3处。
对n型半导体，界面态起受主作用，界面态接受体内电子，界面带负电，半导体表面带正电，使能带上弯。
对p型半导体，界面态起施主作用，界面态向体内施放电子，界面带正电，半导体表面带负电，使能带下弯。
总之高界面态的存在，使异质结的能带图与理想情况相比有较大的变化。
(4)因为异质结在结处能带不连续，存在势垒尖峰和势阱，而且还有不同程度的界面态和缺陷，使异质结的电流传输问题比同质结要复杂得多。
不存在一种在多数情况下起主导作用的电流传输机制，根据结的实际情况发展了多种电流传输模型。
这些模型是：扩散模型、发射模型、发射复合模型、隧道一复合模型等。
分别或联合使用这些模型计算的结果，可使不同异质结的伏安特性有较好的解释。
第九章异质结两种不同的半导体材料结合在一起，组成的结称为异质结。
异质结与同质结的区别：由于成结的两种半导体材料具有不同的禁带宽度，而出现特殊的结区能带结构和特性。
内容：异质结能带结构；异质结的主要应用。
1一、异质结分类A.按导电类型分1.反型异质结(p)Ge-(n)GaAs，(p)Ge-(n)Si，(p)Si-(n)GaAs，(p)Si-(n)ZnS等；2.同型异质结(n)Ge-(n)GaAs，(p)Ge-(p)GaAs，(n)Ge-(n)Si，(n)Si-(n)GaAs等；通常将禁带宽度小的材料写前面；B.按界面过渡情况分1.突变异质结（过渡发生于几个原子距离）2.缓变异质结（过渡发生于几个扩散长度）23C.按能带相对位置分4不存在界面态时的理想情况两种半导体材料E F 不同电荷流动界面附近形成空间电荷区内建电场能带弯曲对于异质结，边界处电位移连续，但是电场不相同（两种材料具有不同的介电常数），能带发生突变可以存在尖峰或下陷，从而影响载流子的输运对于同质结，电场连续，能带连续二、能带图56同质pn 结电场分布：00()()()(0)()()()(0)A p p r D n n r qN x x dV x E x x x dx qN x x dV x E x x x dx εεεε+⎫=−=−−<<⎪⎪⎬−⎪=−=<<⎪⎭max 0/A pD nr r r qN x qN x E Q εεεεεε=−=−=−7同质pn 结电势分布：22002200()()(0)()()(0)A p A pp r r D n D nD n r r qN x x qN xx V x x x qN x x qN xx V x V x x εεεεεεεε⎫+=+−<<⎪⎪⎬−⎪=−+<<⎪⎭V (x )-x p x nxV D22()2A p D n D r q N x N x V εε+=接触电势差8n －Ge 与p －GaAs 突变反型异质结接触电子由Ge 一侧向GaAs 一侧流动，空穴由GaAs 一侧向Ge 一侧流动W mW s9异质结及其能带图电子耗尽空穴耗尽10异质结：接触后,界面能带图的特征12F F F E E E ==界面两侧：界面处：,c vE E ΔΔ接触前后不变，故出现能带突变1221D D D F F qV qV qVE E =+=−D V 为接触电势差122112()()c v g g E E E E χχχχΔ=−Δ=−−−注：上述关系对于所有突变异质结均适用，也可作为画能带图的依据11n －Ge 与n －GaAs 突变同型异质结接触12异质结及其能带图突变同型异质结13p －n141.界面态来源－－晶格失配晶格常数不同，分别为a 1、a 2，设a 2>a 1,晶格失配因子＝三、界面态对异质结的影响21122()a a a a −+晶格失配产生悬挂键，从而引入界面态，晶格常数小的出现不饱和键－－悬挂键理论值：悬挂键密度1012/cm 22.表面态影响p 型半导体，施主表面态起作用，表面带正电，为保证电中性，能带下弯，电离受主提供负电荷n 型半导体，受主表面态起作用，表面带负电，为保证电中性，能带上弯，电离施主提供正电荷表9-2四、主要应用HEMT(高电子迁移率晶体管)HBT（异质结晶体管）光电器件：激光器；发光二极管（LED）；光电探测器;传感器；15单异质结激光器1617双异质结激光器18半导体超晶格交替生长两种半导体薄层组成的一维周期性结构，其薄层厚度小于电子的平均自由程的人造材料。
