異質結的能帶圖第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六3.1節（3.1.1）能帶圖（3.1.2）突變反型異質結的接觸電勢差及勢壘區寬度（3.1.3）突變同型異質結（3.1.4）幾種異質結的能帶圖（3.1.5)尖峰的位置與摻雜濃度的關系第三章異質結的能帶圖第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六（3.1.1）能帶圖ABEcEcABEcEcEvEvEvEv第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六能帶結構異質結界面兩側的導帶極小值和價帶最高值隨坐標的變化。什么是能帶圖？第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六Letxbetheelectronaffinity,whichistheenergyrequiredtotakeanelectronfromtheconductionbandedgetothevacuumlevel,電子親和勢：電子由導帶底躍遷到真空能級所需的能量，=E0-EcvacuumlevelEcEv第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六letfbetheworkfunction,whichistheenergydifferencebetweenthevacuumlevelandtheFermilevel.功函數：電子由費米能級至自由空間所需的能量，=E0-FfEcEfEv第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六Anderson'srulestatesthatwhenconstructinganenergybanddiagram,the

vacuumlevels

ofthetwosemiconductorsoneithersideoftheheterojunctionshouldbealigned第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六不考慮界面態時的能帶結構(一）能帶圖由電子親和能、禁帶寬度、導電類型、摻雜濃度決定A突變反型x1x2DEcDEvEFEvECEFEg1Eg2f1f2未組成異質結前的能帶圖12第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六1異質結的帶隙差等于導帶差同價帶差之和。2導帶差是兩種材料的電子親和勢之差。3而價帶差等于帶隙差減去導帶差。x1x2DEcDEvEC2Eg1Ev2Ec1Ev1第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六n-GaAsP-GaAspn

當兩種單晶材料組成在一起構成異質結后，它們處于平衡態，費米能級應當相同。為了維持各自原有的功函數和電子親和勢不變，就會形成空間電荷區，在結的兩旁出現靜電勢，相應的勢壘高度為eVD，e為電子電荷，VD為接觸電勢。它等于兩種材料的費米能級差：第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六ECEF2Eg2Eg1EF1Eg1EF1ECEF2Eg2接觸前接觸后1.AligntheFermilevelwiththetwosemiconductorbandsseparated.Leavespaceforthetransitionregion.如何畫接觸后的異質結能帶圖第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六ECEF2Eg2Eg1EF1內建電場=》空間電荷區中各點有附加電勢能，使空間電荷區的能帶發生彎曲。第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六Eg1eVDECEg2第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六1能帶發生了彎曲：n型半導體的導帶和價帶的彎曲量為qVD2,界面處形成尖峰.p型半導體的導帶和價帶的彎曲量為qVD1,界面處形成凹口(能谷）。2能帶在界面處不連續，有突變。Ec,EvThereisnonsymmetryinDECandDEvvaluesthatwilltendtomakethepotentialbarriersseenbyelectronsandholesdifferent.Thisnonsymmetrydoesnotoccurinhomejunction第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六InGaAsGaAsSbInAsGaSbEC1Ev1EC2Ev2EC1Ev1EC2Ev2EC1Ev1EC2Ev2Straddling跨立型(b)Staggered錯開型(c)Brokengap破隙型AlGaAsGaAs典型的能帶突變形式第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六AlGaAsGaAs第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六InGaAsGaAsSb電子和空穴在空間分離根據半導體物理理論，這種分離效應可以有效抑制材料載流子的俄歇復合。任何光子探測器，隨著溫度的升高，最終的效率極限都將是材料中載流子的俄歇復合。目前最好的紅外探測器材料碲鎘汞的最終性能極限就是載流子的俄歇復合，如果禁帶錯位型類超晶格結構如預期的那樣能將電子、空穴物理分離，實現對俄歇復合的有效抑制。第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六InAsGaSb電子從一種半導體大量流入到另一種半導體，使一種半導體存在大量電子，而另一種存在大量空穴。使它們具有導電能力，具有半金屬性質。利用分子束外延生長高質量GaAs基GaSb體材料和InAs/GaSb超晶格材料技術，為下一步制造價格便宜、性能可靠的N-GaAs/P-GaSb熱光伏電池、新一代焦平面多色紅外探測器件等提供了重要的技術基礎。

第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六可以產生熱電子能使電子發生反射的的勢壘提供一定厚度和高度的勢壘能造成一定深度和寬度的勢阱能帶突變的應用第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六DEc=0.07eVDEv=0.69eVDEc+DEv==0.76eV第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六3.1.2突變反型異質結的接觸電勢差勢壘區寬度第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六一工藝過程生長方法,界面態能帶彎曲二異質結晶面的取向極性半導體,組成半導體的兩種原子具有不同的負電性例如,GAAs,半導體中Ga和As對電子的束縛能力不同,當組成晶體時,電子更多地偏向As原子一方.(110):電中性(111)極性-偶極距三組成異質結的半導體特性偶極距應變影響能帶突變的因素第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六安德森(Anderson)能帶模型

假定：1，在異質結界面處不存在界面態和偶極態；2，異質結界面兩邊的空間電荷層（或耗盡層中)，空間電荷的符號相反、大小相等；3，異質結界面兩邊的介電常數分別為1和2,12,界面處的電場不連續：

1E1=2E2E1E2。第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六泊松方程第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六勢壘區中的電荷密度分布whereagainNA1isthenetacceptorconcentrationinthepside,andND2isthenetdonorconcentrationontheNside.第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六突變反型異質結的泊松方程wheree1ande2arethepermittivityinthepandNregions,

第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六邊界條件:pnx1x2x0線性，在交界處不連續Thustheelectricfieldisgivenbytwointhedepletionregionandzerooutside.電場分布第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六Ifwechoosethereferencepotentialtobezeroforx<x1wehave電勢分布第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六接觸電勢差第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六勢壘區內正負電荷總量相等。耗盡層主要落在雜質能度低的一側。耗盡層寬度和摻雜的關系第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六有外加偏壓時：第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六x1x2DEcDEvEF1Ev1EC2EF2Eg1Eg2f1f2NC導帶有效狀態密度價帶有效狀態密度內建電場計算第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六突變反型異質結的勢壘電容勢壘區內電荷總量相等第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六（3.1.3）突變同型異質結EF2>EF1,電子從寬帶流入窄帶必有一邊為積累區第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六異型異質結中，少子起主要作用。同型異質結（nN和pP）中，其性質主要是由多數載流子決定。同型異質結中，由于異質結兩邊的導電型號相同，兩側不再象異型異質結那樣出現兩個耗盡層構成的電偶極區。而是在寬帶隙一側的施主（nN結N側）或受主（pP結的P側）電離產生足夠的空間電荷，而窄帶隙一側出現多子的積累。因此，同型異質結是由寬帶一側的耗盡層和窄帶一側的載流子積累層構成的電偶極區。第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六3.1.4）幾種異質結的能帶圖(1)