当前课程知识点:大学物理2 (电磁学、光学和量子物理) >  WEEK15 >  半导体和PN结 >  Video

返回《大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)》慕课在线视频课程列表

Video在线视频

Video

下一节:Video

返回《大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)》慕课在线视频列表

Video课程教案、知识点、字幕

同学好 这一节我们讲

首先我们介绍本征半导体

它是那些没有杂质或

缺陷的纯净的晶体

纯净度可以达到99.999...%

可以有11个9

比如硅 硅原子4个价电子

和另外4个其它硅原子

形成共价结合

和金刚石结构类似

这是硅半导体的示意图

此时所有电子都形成了共价键

常温下,由于热运动

某个共价电子脱离共价键

可以自由运动

而原来共价电子的位置

就出了一个空缺

少了一个电子

那个位置相当于多出了一个

正的电子电量

我们称它为空穴

研究表明

空穴相当于带正电的粒子

可以独立运动

我们也可以利用能带理论讨论

由于热激发

少量价带电子

可以越过不太宽的禁带

激发到上面的导带

导带中少量电子

和价带中少量空穴

就是本征半导体的导电载流子

所以有两种导电

电子和空穴导电

半导体导电性能

一般是随温度变好

或者我们说

半导体电阻随温度下降

原因是电子热激发概率

与玻耳兹曼因子成正比

由于禁带能隙基本不变

所以当温度上升时

这个因子很快变大

半导体的这种特性

可以用来制作热敏电阻

它的应用也很广泛

下面我们讨论光激发的问题

我们用一个例子来讨论这个问题

假设有一个半导体

这是硫化镉

那么它最高的这个满带

这是最低的那个空带

它们之间的禁带宽度有多少呢

是2.42电子伏特

假设现在有一个光子打进来了

那么电子吸收这个光能量以后

如果这个能量恰当的话

那么电子就可以激发到空带上面

假如说

打进来的光子数目很多

那么有很多电子就激发到空带上

那么空带上的这些电子

就可以导电

那满带里边的这些空穴

电子跑出去了

不就留下了空穴嘛

这些空穴也可以导电

就是这样

那么这个问题是问

要激发电子的话

这个光的最大波长应该等于多少

其实这个问题呢实际上是说

你打进来的这个光的能量

最少应该等于多少

是一个同样的问题 对吧

那很明显

这个光能量最少也得等于这个

禁带的这个宽度是吧

所以这个就是我们要

求的这个式子

那么换算成这个波长的话

这就是最大的波长

把你已经知道的这个数

代到里边 计算出来

514纳米

那么这是可见光的这个波段呢

也就是说对半导体来说

你用可见光照射的话

就会有电子

从这个满带激发到空带上

然后这些电子呢

就可以导电 对吧

你光的强度照得大了

那么这个激发的电子数目就多

那么载流子数目多了

那导电能力就强了

或者你也可以等效地说

这个半导体的这个电阻呢

就下降了

那么这个效应呢

我们可以用来做光敏电阻

光一照上去 这个半导体导电

光不照的时候

它的导电性能很差

那么光敏电阻也有很多应用

下面我们介绍杂质半导体

n型半导体

它是4价本征半导体中

掺入少量的5价杂质元素

形成电子为主要载流子的

电子型半导体

比如在本征硅半导体中

掺入5价磷

其4个价电子和周围

4个硅原子的电子形成共价键

多余出来的一个电子

成为自由电子

从能带理论的观点

这些多余出来的电子能级

紧靠上面的导带

距上面的导带底部很近

能隙只有0.01电子伏特这个量级

因为能隙很小

这个能级上电子很容易

热激发到上面的导带

它提供导带电子

所以叫施主能级

导电主要靠这些

激发上去的导带电子

所以是电子型半导体

或叫n型半导体

p型半导体

它是4价本征半导体中

掺入少量的3价杂质元素

形成空穴为主要载流子的

空穴型半导体

比如在本征硅半导体中

掺入3价硼

与周围4个硅原子的电子

形成共价键需要4个价电子

但硼是3价 缺一个电子

空缺电子的位子就是空穴

从能带理论的观点

这些空穴能级紧靠下面的价带

距下面的价带顶部很近

能隙只有0.01电子伏特量级

这个能级就叫受主能级

因为能隙很小

价带上电子很容易

热激发到这个能级上

填充空穴

而在价带留下空穴

导电主要靠这些

价带里面的空穴

所以是空穴型半导体

或叫p型半导体

还有一类是n型化合物半导体

比如

砷化镓化合物半导体中

掺杂碲

6价碲替代5价砷

多余出来的电子

形成施主能级

成为电子型砷化镓杂质半导体

如果是2价元素替代3价的

比如说

砷化镓化合物半导体中

掺杂锌

电子空缺或者空穴

形成受主能级

成为空穴型砷化镓杂质半导体

最后介绍一下杂质补偿作用

通常情况下

半导体既有施主杂质

也有受主杂质

互相有补偿作用

比如 引入少量的适当杂质

使施主电子增多

必然会使空穴减少

反过来也一样

如果施主电子浓度

比受主空穴浓度大

一般称为n型

反过来则是p型

好 这节内容就讲到这儿

谢谢

大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)课程列表:

WEEK1

-电荷和库仑定律

--引言

--电荷

--库仑定律

-WEEK1--电荷和库仑定律

-电场及叠加原理,电偶极子

--电场和电场强度

--点电荷电场及叠加原理

--点电荷电场及叠加原理(续1)

--点电荷电场及叠加原理(续2)

--点电荷电场及叠加原理(续3)

-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子

-高斯定律

--电通量

--立体角*

--高斯定律的证明*

--高斯定律和电场线

--高斯定律的应用

--高斯定律的应用(续)

-WEEK1--高斯定律

-WEEK1--本周作业

-week1课件

WEEK2

-静电场环路定理、电势和叠加原理

--环路定理

--电势和叠加原理

--电势和叠加原理(续)

--电势梯度

--等势面

-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理

-静电能

--电荷系静电能

--电荷系静电能(续1)

--电荷系静电能(续2)

-WEEK2--静电能

-导体静电平衡

--物质中电场

--导体静电平衡

--导体静电平衡条件(续1)

--导体静电平衡条件(续2)

-WEEK2--导体静电平衡

-WEEK2--本周作业

-week2课件

WEEK3

-导体周围电场

--有导体时静电场的计算

--有导体时静电场的计算(续)

-WEEK3--导体周围电场

-静电屏蔽

--导体壳与静电屏蔽

-WEEK3--静电屏蔽

-电容及电容器

--电容及电容器

--电容及电容器(续)

-WEEK3--电容及电容器

-电介质

--介质对电场的影响

-WEEK3--电介质

-极化强度矢量,极化电荷

--极化强度

--极化电荷

-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷

-WEEK3--本周作业

-week3课件

WEEK4

-极化规律、电位移矢量

--电介质的极化规律

--电介质的极化规律(续)

--电位移矢量及其应用

--电位移矢量及其应用(续)

-WEEK4--极化规律、电位移矢量

-有介质时静电场能量

--有介质时静电场能量

-WEEK4--有介质时静电场能量

-电流密度、稳恒电流和稳恒电场

--电流密度

--稳恒电流和稳恒电场

-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场

-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

--电动势

--欧姆定律

--欧姆定律(续)

-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

-电流微观图像和暂态过程

--电流微观图像

--电容器的充放电(暂态过程)*

-WEEK4--电流微观图像和暂态过程

-本周作业

--week4--本周作业

-week4课件

WEEK5

-洛仑兹力、磁感应强度

--电流磁效应

--磁场和磁感应强度

-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度

-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

--毕-萨-拉定律

--毕-萨-拉定律(续)

--磁场高斯定律

-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

-静磁场环路定理

--安培环路定理及其应用

--安培环路定理及其应用(续1)

--安培环路定理及其应用(续2)

-WEEK5--静磁场环路定理

-安培力和霍尔效应

--带电粒子在磁场中的运动

--霍尔效应

--安培力

-WEEK5--安培力和霍尔效应

-WEEK5--本周作业

-week5课件

WEEK6

-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩

-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

-磁介质对磁场的影响和原子磁矩

--磁场中的磁介质

--原子的磁矩

-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩

-磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

--磁介质的磁化

--磁化电流

--有磁介质时磁化的规律

-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

-WEEK6--本周作业

-week6课件

WEEK7

-铁磁介质和简单磁路

--磁场的界面关系

--铁磁性材料

-WEEK7--铁磁介质和简单磁路

-法拉第电磁感应定律

--法拉第电磁感应定律

--电磁感应定律和磁通连续定理的普适性

-WEEK7--法拉第电磁感应定律

-动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

--动生电动势

--感生电动势和感生电场

--涡电流

-WEEK7--动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

-自感和互感

--自感

--互感

-WEEK7--自感和互感

-WEEK7--本周作业

-week7课件

WEEK8

-暂态过程和磁场能量

--RL电路的暂态过程

--磁场的能量

-磁场和电场的相对性

--电场和磁场的相对性

-位移电流和麦克斯韦方程组

--麦克斯韦方程组和电磁波

--麦克斯韦方程组

-WEEK8--位移电流和麦克斯韦方程组

-电磁波、坡因廷矢量和光压

--电磁波

--坡印廷矢量

--电磁波的动量

--光压——辐射压强

-本周作业

--week8--本周作业

-week8课件

WEEK9

-波动光学—引言

--波动光学——引言

-WEEK9--波动光学—引言

-杨氏双缝干涉、相干光

--光的干涉

--双缝干涉

-WEEK9--杨氏双缝干涉、相干光

-光源及发光性质

--光源的发光特性

--时间相干性

--空间相干性

-WEEK9--光源及发光性质

-光程、等倾和等厚干涉

--光程

--薄膜干涉(一)

--薄膜干涉(二)

-WEEK9--光程、等倾和等厚干涉

-迈克耳逊干涉仪

--迈克耳逊干涉仪

-WEEK9--本周作业

-week9课件

WEEK10

-衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

--惠更斯原理

--单缝夫琅禾费衍射

--单缝夫琅禾费衍射(续)

-WEEK10--衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

-光栅衍射

--光栅衍射

--光栅衍射(续)

-WEEK10--光栅衍射

-光学仪器分辨本领

--光学仪器的分辨本领

--光学仪器的分辨本领(续)

-WEEK10--光学仪器分辨本领

-X射线晶体衍射

--X射线的衍射

-WEEK10--X射线晶体衍射

-WEEK10--本周作业

-week10课件

WEEK11

-光的偏振状态和偏振片

--光的偏振状态

--光的偏振状态(续)

--起偏和检偏

-WEEK11--光的偏振状态和偏振片

-反射和折射光偏振

--反射和折射及散射光的偏振

-WEEK11--反射和折射光偏振

-晶体双折射、波片

--双折射

--双折射(续)

--波片

-WEEK11--晶体双折射、波片

-偏振光干涉、人工双折射和旋光

--偏振光的干涉

--人工双折射

--旋光现象

-WEEK11--偏振光干涉、人工双折射和旋光

-量子物理诞生和黑体辐射

--量子物理

--黑体辐射

-WEEK11--量子物理诞生和黑体辐射

-WEEK11--本周作业

-week11课件

WEEK12

-光电效应、光子和康普顿效应

--光电效应

--光子

--光子(续)

--光子(续2)

--康普顿效应

-WEEK12--光电效应、光子和康普顿效应

-物质波、波函数和概率密度

--物质波

--波函数

--波函数(续)

-WEEK12--物质波、波函数和概率密度

-不确定性关系

--不确定关系

-WEEK12--不确定性关系

-薛定谔方程

--薛定谔方程

-WEEK12--薛定谔方程

-一维无限深势阱

--一维无限深势阱

-WEEK12--一维无限深势阱

-WEEK12--本周作业

-week12课件

WEEK13

-一维问题

--一维谐振子

--势垒穿透

--扫描隧道显微镜

-WEEK13--一维问题

-氢原子能级和角动量

--原子中的电子

--玻尔理论发展的基础

--氢原子的量子力学处理

--能量量子化

-WEEK13--氢原子能级和角动量

-电子自旋、费米子和泡利不相容原理

--电子自旋与自旋轨道耦合

--碱金属原子光谱的双线

--微观粒子的不可分辨性

--各种原子核外电子排布

-WEEK13--电子自旋、费米子和泡利不相容原理

-WEEK13--本周作业

-week13

WEEK14

-X射线、激光、分子光谱简介

--video

--Video

--分子光谱简介

--激光

--光学谐振腔

-WEEK14--X射线、激光、分子光谱简介

-固体电子气模型和量子统计

--固体

--自由电子气体模型

--量子统计

-WEEK14--固体电子气模型和量子统计

-能带模型

--能带

-能带模型--作业

-本周作业

--WEEK14--本周作业

-week14

WEEK15

-半导体和PN结

--Video

--Video

-WEEK15--半导体和PN结

-原子核性质、核磁共振

--Video

--Video

--Video

-WEEK15--原子核性质、核磁共振

-放射性和衰变规律

--Video

--α衰变

--穆斯堡尔效应

--β衰变

-WEEK15--放射性和衰变规律

-结合能、核力

--核的结合能

--核力

-WEEK15--结合能、核力

-粒子物理简介

--基本粒子

-WEEK15--粒子物理简介

-本周作业

--WEEK15--本周作业

-week15课件

期末考试

-期末考试--期末考试题Part1

-期末考试--期末考试Part2

-期末考试--期末考试Part3

Video笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航 课程版权归原始院校所有,
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引,不提供在线课程学习和视频,请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。