金刚石结构与闪锌矿结构得异同: 闪锌矿结构除去由两类不同原子占据着晶格得交替位置外,与金刚石结构就是完全相同得。两种不同原子之间得化学键主要就是共价键,同时又具有离子键成分即混合键。因此闪锌矿结构在半导体特性及电学、光学性质上除与金刚石结构有许多相同处外又有许多不同之处。 能带结构:1)带隙结构; 直接带隙:导带底与价带顶位于 k 空间同一点。间接带隙:导带底与价带顶位于 k 空间不同点。2) 导带结构 半导体材料得导带结构就是比较复杂得,对材料得性能与应用有明显得影响,下面以 Si、Ge、GaAs 为例作简单介绍:a)实验发现 GaAs 得导带底附近等能面形状为球面,Ge、Si 得等能面为旋转椭球面。因此 GaAs 得许多性质(如电阻率、磁阻效应等)呈各向同性,可用标量表示, Ge、Si 得许多性质呈各向异性。b)假如导带极值不在 k 空间原点,按对称性得要求,必定存在若干个等价得能谷,人们把具有数个能谷得半导体称为多能谷半导体,如 Ge 与Si 就是典型得多能谷半导体。相反,假如导带极值在 k 空间原点处,只有单个极值,人们把此种半导体称为单能谷半导体,如 GaAs 为单能谷半导体。c) 多能谷半导体可用来制作压阻器件。如 Si 得导带底处在(100)方向,距原点约 5/6 处,因此它有 6 个对称得等价能谷,且每个等能面为旋转椭球面,电子得纵向有效质量大于横向有效质量,因而沿椭球主轴方向得纵向迁移率小于垂直于主轴方向得横向迁移率。当从 x 轴对 N 型硅施加压力时,导带结构发生变化,y 轴与 z 轴上能谷得电子转移到 x 轴上得能谷,由于有效质量变化,使 x 轴方向电导率减少,因此硅就是制作压阻器件得一种材料。d) 存在多种能量极值得半导体材料,由于不同极值处导带得曲率不同,而且其曲率与该处电子得有效质量成反比,则发生转移电子效应。 如 GaAs 得导带在位于(100)方向得极值(可称为子能谷)比位于 k 空间原点得极值(可称为主能谷)高约 0、36 eV,而且前者电子得有效质量较大,迁移率较低,因此在强电场作用下,电子从原点极值转移到(100)方向极值处时,利用此特性 GaAs 可以制作转移电子器件。根据实验表明 InP 就是制作转移器件得更好得材料。压阻效应:即施加压力而引起电阻值变化。因此具有明显压阻效应得材料可作压力传感器转移电子效应:导电得电子从高迁移率得能谷转移到低迁移率但有较高能量得亚能谷。载流子浓度:对于掺杂得非简并半导体,可得导带底得电子浓度为: n = N- exp [- (Ec-EF) /kB...
