第3次课第三章异质结能带图
AlGaAs
GaAs
第3次课第三章异质结能带图
电子和空穴在空间分离
根据半导体物理理论，这种分离效 应可以有效抑制材料载流子的俄歇 复合。任何光子探测器，随着温度 的升高，最终的效率极限都将是材 料中载流子的俄歇复合。目前最好 的红外探测器材料碲镉汞的最终性 能极限就是载流子的俄歇复合，如 果禁带错位型类超晶格结构如预期 的那样能将电子、空穴物理分离， 实现对俄歇复合的有效抑制。
Eg1
EF1
EECF2
Eg2
第3次课第三章异质结能带图
eVD
Eg1 EC
Eg2
第3次课第三章异质结能带图
1 能带发生了弯曲：n型半导体 的导带和价带的弯曲量为qVD2, 界面处形成尖峰. p型半导体的导带和价带的弯曲 量为qVD1, 界面处形成凹口(能谷 ）。 2 能带在界面处不连续，有突变 。 Ec , Ev
电子亲和势：电子由导带底跃迁到真空能级所需
的能量 =E -E ，
0 c 第3次课第三章异质结能带图
f
Ec
Ef
Ev
let f be the work function, which is the energy difference between the vacuum level and the Fermi level.
第3次课第三章异质结能带图
典型的能带突变形式
EC1
EC2
EC1
Ev1
Ev1
Ev2
EC1
Ev1 EC2
EC2
Ev2
Ev2
(a)Straddling
跨立型
(b) Staggered (c) Broken gap
错开型
破隙型
AlGaAs GaAs
InGaAs
GaAsSb
GaSb
InAs
第3次课第三章异质结能带图
第3次课第三章异质结能带图
不考虑界面态时的能带结构 (一）能带图
2 1
A 突变反型
f1
x1
Eg1
EF Ev
x2
f2
由电子亲和能、禁带宽 度、导电类型、掺杂浓 度决定
DEc
EECF
Eg2
未组成异质结前的能带图
DEv
第3次课第三章异质结能带图
1异质结的带隙差等于导带差同价带差之
和。
2导带差是两种材料的电子亲和势之差。
什么是Anderson 定则？ 异质结能带有几种突变形式？ 尖峰的位置与掺杂浓度的关系是什么？ 同质结和异质结的电势分布有何异同？ 同型异质结有哪些特点。
第3次课第三章异质结能带图
第三章 异质结的能带图
3.1节 （3.1.1）能带图 （3.1.2）突变反型异质结的接触电势差及势垒区宽
度 （3.1.3）突变同型异质结 （3.1.4）几种异质结的能带图 （3.1.5) 尖峰的位置与掺杂浓度的关系
There is nonsymmetry in DEC and DEv values that will tend to make the potential barriers seen by electrons and holes different. This nonsymmetry does not occur in homejunction
Eg1
Eg2
EF1
EECF2
Eg1
Eg2
EF1
1. Align the Fermi level with the two semiconductor bands separated. Leave space for the transition region.
第3次课第三章异质结能带图
内建电场=》空间电荷区中各点有附加电势能，使空间电荷区的能带 发生弯曲。
为了维持各自原有的功函数f和电子亲和势不变，就会形 成空间电荷区，在结的两旁出现静电势，相应的势垒高 度为eVD，e为电子电荷，VD为接触电势。 它等于两种材料的费米能级差：
qVD qVD1qVD2 Ef 2 Ef1 （3.4) 第3次课第三章异质结能带图
如何画接触后的异质结能带图 接触前
接触后
EEFC2
x1
x2
3而价带差等于带隙差减去导带差。
EC2
Ec1v1
DEv
DEv(Eg2Eg1)(12) (3.2) Ev2
DEvDEc(Eg2Eg1)
(3.3)
第3次课第三章异质结能带图
p
n
P-GaAs
n-GaAs
当两种单晶材料组成在一起构成异质结后，它们处于平衡 态，费米能级应当相同。
功函数f：电子由费米能级至自 由空间所需第3次的课第能三章异量质结，能带f图=E0-F
Anderson's rule
states that when constructing an energy band diagram, the vacuum levels of the two semiconductors on either side of the heterojunction should be aligned
第3次课第三章异质结能带图
能带突变的应用
a) 可以产生热电子 b) 能使电子发生反射的的势垒 c) 提供一定厚度和高度的势垒 d) 能造成一定深度和宽度的势阱
第3次课第三章异质结能带图
DEc=0.07eV DEv=0.69eV DEc+ DEv= =0.76eV
第3次课第三章异质结能带图
（3.1.1）能带图
Ec
Ec
A
B
Ev
Ec A
Ev Ec B
Ev
Ev
第3次课第三章异质结能带图
什么是能带图？
能带结构 异质结界面两侧的导带极小值和价带最高值随坐标的变化。
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vacuum level
Ec
Ev
Let x be the electron affinity, which is the energy required to take an electron from the conduction band edge to the vacuum level,
InGaAs
第3次课第三章异质结能带图
GaAsSb
电子从一种半导体大量流入到另一种半导体，使一 种半导体存在大量电子，而另一种存在大量空穴。 使它们具有导电能力，具有半金属性质。
GaSb
InAs
利用分子束外延生长高质量GaAs基GaSb体材料和InAs/GaSb超晶格材料技 术，为下一步制造价格便宜、性能可靠的N-GaAs/P-GaSb热光伏电池、新 一代焦平面多色红外探测器件等提供了重要的技术基础。