j9九游会半导体能带构造与PN结

　　j9九游会半导体能带构造与PN结在绝对零度时，半导体的价带充满电子，导带全空，此时半导体不导电。非绝对零度或有光辐照时，部分价带上的电子获得能量跨越带隙，从价带顶跃迁到导带底。这样，价带与导带都部分充满电子，半导体可以导电。在导带底和价带顶附近，等能面都可以近似为是以布里渊区中心为球心的球面，即其处的电子能量近似为导带底和价带顶对应波矢的绝对值的二次函数（理想能带结构）。根据能带结构中，导带底和价带顶是否直接相对，即是否具有相同K值，半导体可以分为。直接带隙半导体中，电子跃迁时能量改变，波矢不变；间接带隙半导体中，电子跃迁时能量和波矢均改变，需要与晶格交换能量。直接半导体比间接半导体更容易发光。

　　纯净的半导体称为本征半导体。本征半导体中，电子从价带顶到导带底的跃迁称为本征跃迁。如果是吸收适当的外界光子能量而产生跃迁，则被称为本征光吸收。在导带底，电子有效质量大于零；在价带顶，电子有效质量小于零。电子跃迁，在价带顶附近形成空穴。价带失去一个电子后，其导电效果相当于带一个单位的正电荷且有效质量为正值的空穴。半导体的电导率则由导带中的电子和价带中的空穴两方共同贡献。

　　杂质半导体中j9九游会，由施主提供电子而导电的为n型半导体，由受主提供空穴而形成载流子的为p型半导体。施主原子与电子，受主原子与空穴在库伦相互作用下形成束缚态能级，即杂质能级。杂质能级又分为在禁带中低于导带能量的施主能级和高于价带能量的受主能级。晶体中电子的公有化运动形成能带上的能级，而施主能级是束缚态中的局域能级。

　　根据与导带底的能量差大小，施主能级又分为浅能级施主和深能级施主。相似地，受主能级又分为浅能级受主和深能级受主。N型半导体中，杂质中的束缚态电子容易从浅施主能级跃迁到导带底部，这样导带中的电子为多数载流子；而价带电子向导带跃迁则在价带顶附近形成相对少数的空穴载流子。P型半导体中，浅受主能级上的空穴容易跃迁到价带顶，并在价带中形成多数的空穴载流子（实际是价带顶部的电子跃迁至受主能级）。杂质半导体中，束缚态空穴和束缚态电子很容易在吸收外部能量后，自由运动。当杂质半导体的禁带中施主能级和受主能级同时存在时，施主能级上的电子在获得外部能量后，会优先跃迁到受主能级上，即为补偿过程j9九游会。一个导带电子和一个价带空穴可以在库伦相互作用下形成具有束缚态能级的激子，而激子又可以在获得外部能量后变为导带电子和价带空穴。

　　半导体的费米能级指任意温度下的电子化学势。导带上电子的有效密度的引入，意味着导带底上的电子数相当于N_{c}个能级所含电子数； 价带上的空穴有效密度的引入，意味着价带顶上的空穴数相当于N_{v}个能级所含空穴数。

　　当温度较低时，本征半导体中导带底上的电子密度和价带顶的空穴密度相等，且两者之积为一定值，称为质量反应定律。本征半导体的费米能级为

　　即绝对零度时，本征半导体的费米能级位于禁带正中间。任意温度时，位于禁带正中的能级称为本征能级。绝对零度时，n型半导体的费米能级位于导带底和施主能级正中间，且随着温度升高，费米能级降低。P型半导体的费米能级在绝对零度时位于价带顶和受主能级正中间，且随着温度升高而升高。从冻析区开始，随着温度升高，n型半导体或p型半导体中的载流子浓度先是变大（此时杂质电离，为非本征区），然后趋于饱和（杂质全部电离，饱和区），最后再次升高（本征区）。

　　P-N结j9九游会。当P型半导体和n型半导体相互接触时，由于彼此中的费米能级（即化学势）不同，电子会从具有高费米能级的n型半导体向具有低费米能级的p型半导体扩散。伴随扩散，在界面处形成从n型半导体指向p型半导体的内部电场。内部电场会逐渐阻碍电子和空穴的进一步扩散运动，促进两者反向的漂移运动。当界面处的两种半导体的费米能级相等时，产生稳定的势垒，并在界面附近形成双方的载流子都较少的耗尽层。两半导体本来的费米能级之差即为平衡势垒。增带宽度、提高掺杂浓度都会促使势垒变大。正向偏压时，势垒高度下降，耗尽层变薄，扩散运动加剧，漂移运动抑制，处于导通状态。正向电流为

　　反向偏压时，势垒升高，p区的电子向n区漂移，n区的空穴向p区漂移。由于分别是双方的少数载流子，形成很小的反向电流。