1.半导体中的电子状态

金刚石与共价键（硅锗IV族）：两套面心立方点阵沿对角线平移1/4套构而成

闪锌矿与混合键（砷化镓III-V族）：具有离子性，面心立方+两个不同原子 纤锌矿结构：六方对称结构（AB堆积） 晶体结构：原子周期性排列（点阵+基元）

共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原于转移到相邻的原子上去，电子可以在整个晶体中运动。

能带的形成： 组成晶体的大量原子的相同轨道的电子被共有化后，受势场力作用，把同一个能级

分裂为相互之间具有微小差异的极其细致的能级，这些能级数目巨大，而且堆积在一个一定宽度的能量范围内，可以认为是连续的。 能隙（禁带）的起因：晶体中电子波的布喇格反射－周期性势场的作用。 （边界处布拉格反射形成驻波，电子集聚不同区域，造成能量差） 自由电子与 半导体的 E-K图：

自由电子模型：

半导体模型：

导带底：E(k)>E(0)，电子有效质量为正值； 价带顶：E(k)

正负与有效质量正负有关。

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空穴：共价键上流失一个电子而出现空位置，认为这个空状态带正电。

波矢为k的电子波的布喇格衍射条件： 一维情况（布里渊区边界满足布拉格）：

第一布里渊区内允许的波矢总数=晶体中的初基晶胞数N

－每个初基晶胞恰好给每个能带贡献一个独立的k值； －直接推广到三维情况考虑到同一能量下电子可以有两个相反的自旋取向，于是每个能带中存在2N个独立轨道。 －若每个初基晶胞中含有一个一价原子，那么能带可被电子填满一半； －若每个原子能贡献两个价电子，那么能带刚好填满；初基晶胞中若含有两个一价原子，能带也刚好填满。

杂质电离：电子脱离杂质原子的的束缚成为导电电子的过程。脱离束缚所需要的能力成为杂质电离能。 杂质能级：1）替位式杂质（3、5族元素，5族元素释放电子，正电中心，称施主杂质；3族元素

接收电子，负电中心，受主杂质。） 2）间隙式杂质（杂质原子小） 杂质能带是虚线，分离的。

浅能级杂质电离能： 施主杂质电离能

受主杂质电离能

杂质补偿作用：施主和受主杂质之间的相互抵消作用（大的起作用）

杂质高度补偿：施主电子刚好能填充受主能级，虽然杂质多，但不能向导带和价带提供电子和空穴。

深能级杂质：非III，V 族杂质在禁带中产生的施主能级和受主能级距离导带底和价带顶都比较远。

1）杂质能级离带边较远，需要的电离能大。 2）多次电离?多重能级，还有可能成为两性杂质。（替位式）

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缺陷、错位能级：1）点缺陷：原子获得能量克服周围原子的束缚，挤入晶格原子的间隙，形成间

隙原子。

弗仓克尔缺陷：间隙原子和空位成对出现。

肖特基缺陷：只在晶体内形成空位而无间隙原子。

2）位错

（点缺陷，空穴、间隙原子；线缺陷，位错；面缺陷，层错、晶粒间界）

导体、半导体、绝缘体的能带：

绝缘体：至一个全满，其余全满或空（初基晶胞内的价电子数目为偶数,能带不交叠）2N. 金属：半空半满 半导体或半金属：一个或两个能带是几乎空着或几乎充满以外，其余全满 （半金属能带交叠）

Si、Ge和GaAs的能带图及其相关特性比较

共同点：1）都存在一定大小的禁带宽度，并且禁带宽度都具有负的温度系数。

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