Ⅳ族、Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族半导体材料的特性

1　结构特性 1

1.1　电离度 1

1.1.1　定义 1

1.1.2　电离度值 3

1.2　元素同位素丰度和分子量 3

1.2.1　元素同位素丰度 3

1.2.2　分子量 5

1.3　晶体结构和空间群 6

1.3.1　晶体结构 6

1.3.2　空间群 9

1.4　晶格常数和相关参数 11

1.4.1　晶格常数 11

1.4.2　分子和晶体密度 12

1.5　结构相变 13

1.6　解理 15

1.6.1　解理面 15

1.6.2　界面能 17

参考文献 19

2　热学性能 20

2.1　熔点及其相关参数 20

2.1.1　相图 20

2.1.2　熔点 20

2.2　比热 23

2.3　德拜温度 24

2.4　热膨胀系数 26

2.5　热导率和热扩散率 30

2.5.1　热导率 30

2.5.2　热扩散率 35

参考文献 35

3　弹性性能 37

3.1　弹性常数 37

3.1.1　概述 37

3.1.2　室温值 39

3.1.3　外部微扰影响 46

3.2　三阶弹性常数 48

3.3　杨氏模量、泊松比及相关性质 49

3.3.1　杨氏模量和泊松比：立方点阵 49

3.3.2　体模量、切变模量及相关性质：立方点阵 52

3.3.3　杨氏模量和泊松比：六方点阵 56

3.3.4　体模量、剪切模量及相关性质：六方点阵 58

3.4　显微硬度 59

3.5　声速 64

参考文献 67

4　晶格动力学性质 69

4.1　声子色散关系 69

4.1.1　布里渊区 69

4.1.2　声子散射曲线 71

4.1.3　声子态密度 74

4.2　声子频率 75

4.2.1　室温下的值 75

4.2.2　外部微扰效应 80

4.3　Grüneisen参数 83

4.4 声子畸变势 84

4.4.1 立方晶格 84

4.4.2 六方晶格 87

参考文献 88

5 集体效应和响应特性 89

5.1 压电常数和机电系数 89

5.1.1 压电常数 89

5.1.2 机电耦合系数 92

5.2　Fr？hlich耦合系数 93

参考文献 95

6　能带结构：禁带宽度 97

6.1　基本性质 97

6.1.1　能带结构 97

6.1.2　电子状态密度 104

6.2　E0带隙区域 107

6.2.1 有效Г点哈密顿算符 107

6.2.2　室温值 108

6.2.3　外部扰动作用 113

6.2.4　掺杂作用 120

6.3　能量较大的直接带隙 123

6.3.1　立方晶系半导体 123

6.3.2　六方晶系和菱方晶系半导体 131

6.4　最小间接带隙 132

6.4.1　室温值 132

6.4.2　外部扰动作用 133

6.5　导带能谷间的能量差 135

6.6　直接-间接带隙转变压力 137

参考文献 138

7　能带结构：有效质量 141

7.1　电子有效质量：Г能谷 141

7.1.1　概述 141

7.1.2　数值 142

7.1.3　极化子影响 145

7.1.4　外部扰动和掺杂效应 146

7.2　电子有效质量：卫星能谷 150

7.2.1　“驼峰”结构 150

7.2.2　数值 152

7.3　空穴有效质量 153

7.3.1　有效Г价带哈密顿算符和Luttinger参数 153

7.3.2　数值 157

7.3.3　极化子影响 162

7.3.4　外部扰动和掺杂影响 163

参考文献 164

8　形变势 166

8.1　谷内形变势：Г点 166

8.1.1　导带 166

8.1.2　价带 168

8.1.3　E0带隙 173

8.1.4　光学声子形变势 174

8.2　谷内形变势：高对称性点 176

8.2.1　L点 176

8.2.2　X点 181

8.3　带间形变势 183

8.3.1　概述 183

8.3.2　数值 184

参考文献 185

9　电子亲和势和肖特基势垒高度 187

9.1　电子亲和势 187

9.1.1　概述 187

9.1.2　数值 187

9.2　肖特基势垒高度 190

9.2.1　理想的肖特基—莫特接触 190

9.2.2　个案研究：金／半导体接触 195

9.2.3　表面重构和外部扰动效应 196

9.2.4　击穿电压 199

参考文献 200

10　光学特性 203

10.1　光色散关系总结 203

10.1.1　介电常数 203

10.1.2　光色散关系 204

10.1.3　光学求和规则 205

10.1.4　光谱 207

10.2　余辉区 208

10.2.1　静态和高频介电常数 208

10.2.2　余辉区谱 213

10.2.3　多声子光吸收谱 219

10.3　本征吸收边及近边区域 221

10.3.1 自由激子束缚能和相关参数 221

10.3.2　折射率 227

10.3.3　本征吸收边的光吸收 234

10.3.4　Urbach带尾态 245

10.4　带间跃迁区域 247

10.4.1　介电函数模型 247

10.4.2　本征光谱 252

10.4.3　外部扰动和掺杂效应 257

10.5 自由载流子吸收和相关现象 259

10.5.1 自由载流子吸收 259

10.5.2　导带间和价带间的吸收 262

10.5.3 自由载流子引起的折射率的改变 265

参考文献 266

11　光弹、电光和非线性光学性能 271

11.1　光弹效应 271

11.1.1　理论表达式 271

11.1.2　实验值 273

11.2　线性电光常数 278

11.2.1　理论表达式 278

11.2.2　实验值 282

11.3　二阶电光常数 283

11.3.1　理论表达式 283

11.3.2　实验值 285

11.4　Franz-Keldysh效应 287

11.4.1　理论表达式 287

11.4.2　实验值 288

11.5　非线性光学常数 289

11.5.1　二阶非线性光学系数 289

11.5.2　三阶非线性常数 294

11.5.3　双光子吸收 296

参考文献 298

12　载流子的输运特性 301

12.1　低场迁移率：电子 301

12.1.1　电子散射机制 301

12.1.2　三能谷模型 305

12.1.3　室温值 305

12.1.4　外部干扰和掺杂效应 308

12.1.5　霍尔因子 313

12.2　低场迁移率：空穴 315

12.2.1　空穴散射机制 315

12.2.2　室温下的值 317

12.2.3　外部微扰和掺杂效应 319

12.3　高场下的输运：电子 324

12.3.1　电子漂移速率-场强特性 324

12.3.2　电子饱和漂移速率 331

12.4　高场输运：空穴 335

12.4.1　空穴漂移速率-场强特性 335

12.4.2　空穴饱和漂移速率 338

12.5　少数载流子输运：p型材料中的电子 339

12.5.1　少数电子迁移率 339

12.5.2　少数电子漂移速率 340

12.5.3　少数电子寿命和扩散长度 341

12.6　少数载流子输运：n型材料中的空穴 343

12.6.1　少数空穴迁移率 343

12.6.2　少数空穴寿命和扩散长度 345

12.7　碰撞电离系数 347

12.7.1　理论考虑 347

12.7.2　实验值 349

参考文献 353