第2章-清华大学半导体物理与器件
半导体物理与器件
发光器件
发光原理
半导体中的载流子复合时，以光子的形式释放能量。
发光器件类型
包括发光二极管（LED）、激光器等。
工作原理
发光器件利用半导体中的载流子复合发光原理，将电能转换为光能。在外加电压或电流作用下，半导体 中的载流子获得能量并发生复合，以光子的形式释放能量并发出可见光或其他波段的光。
04
CATALOGUE
氧化物半导体材料
如氧化锌（ZnO）、氧化铟镓（InGaO3）等，具有透明 导电、压电等特性，可用于透明电子器件、传感器等领域 。
有机半导体材料
具有柔韧性好、可大面积制备、低成本等优点，可用于柔 性电子器件、有机发光二极管（OLED）等领域。
二维材料在半导体器件中的应用
石墨烯
具有优异的电学、热学和力学性能，可用于 高速电子器件、柔性电子器件等领域。
品中。
陶瓷封装
使用陶瓷材料作为封装外壳，具有 优异的耐高温、耐湿气和机械强度 等性能，适用于高端电子产品和特 殊应用场合。
金属封装
利用金属材料（如铝、铜等）进行 封装，具有良好的散热性能和机械 强度，适用于大功率半导体器件。
测试技术
直流参数测试
通过测量半导体器件的直 流电压、电流等参数，评 估其性能是否符合设计要 求。
荷区，即PN结。
二极管的结构
由P型半导体、N型半导体以 及PN结组成，具有单向导电
性。
二极管的伏安特性
描述二极管两端电压与电流之 间的关系，包括正向特性和反
向特性。
二极管的主要参数
包括最大整流电流、最高反向 工作电压、反向电流等。
双极型晶体管
晶体管的结构
由发射极、基极和集电极组成 ，分为NPN型和PNP型两种。
半导体物理与器件ppt课件
2.23
h h K为波数=2π/λ, λ为波长。 2mE 15 P
2.3薛定谔波动方程的应用
2.3.2无限深势阱（变为驻波方程） 与时间无关的波动方程为：
2 x 2m 2 E V x x 0 2 x
2.13
由于E有限，所以区域I和III 中：
课程主要内容
固体晶格结构：第一章 量子力学：第二章~第三章 半导体物理：第四章~第六章 半导体器件：第七章~第十三章
1
绪论
什么是半导体
按固体的导电能力区分，可以区分为导体、半导体和绝缘体
表1.1 导体、半导体和绝缘体的电阻率范围 材料 电阻率ρ(Ωcm) 导体 ＜ 10-3 半导体 10-3～109 绝缘体 ＞109
分别求解与时间无关的波动方程、与时间有关的波 动方程可得自由空间中电子的波动方程为：
j j x, t A exp x 2mE Et B exp x 2mE Et
2.22
说明自由空间中的粒子运动表现为行波。 沿方向+x运动的粒子： x, t A exp j kx t
18
2.3薛定谔波动方程的应用
无限深势阱（前４级能量）
随着能量的增加，在任意给 定坐标值处发现粒子的概率 会渐趋一致
19
2.3薛定谔波动方程的应用
2.3.3阶跃势函数
入射粒子能量小于势垒时也有一定概率穿过势垒 （与经典力学不同）
20
2.3薛定谔波动方程的应用
2.3.3阶跃势函数 Ⅰ区域 21 x 2mE 2 1 x 0 2.39 2
半导体物理与器件(尼曼第四版)答案
半导体物理与器件(尼曼第四版)答案第一章：半导体材料与晶体1.1 半导体材料的基本特性半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它的基本特性包括：1.带隙：半导体材料的价带与导带之间存在一个禁带或带隙，是电子在能量上所能占据的禁止区域。
2.拉伸系统：半导体材料的结构是由原子或分子构成的晶格结构，其中的原子或分子以确定的方式排列。
3.载流子：在半导体中，存在两种载流子，即自由电子和空穴。
自由电子是在导带上的，在外加电场存在的情况下能够自由移动的电子。
空穴是在价带上的，当一个价带上的电子从该位置离开时，会留下一个类似电子的空位，空穴可以看作电子离开后的痕迹。
4.掺杂：为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。
掺杂是将少量元素添加到半导体材料中，以改变载流子浓度和导电性质。
1.2 半导体材料的结构与晶体缺陷半导体材料的结构包括晶体结构和非晶态结构。
晶体结构是指材料具有有序的周期性排列的结构，而非晶态结构是指无序排列的结构。
晶体结构的特点包括：1.晶体结构的基本单位是晶胞，晶胞在三维空间中重复排列。
2.晶格常数是晶胞边长的倍数，用于描述晶格的大小。
3.晶体结构可分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。
晶体结构中可能存在各种晶体缺陷，包括：1.点缺陷：晶体中原子位置的缺陷，主要包括实际缺陷和自间隙缺陷两种类型。
2.线缺陷：晶体中存在的晶面上或晶内的线状缺陷，主要包括位错和脆性断裂两种类型。
3.面缺陷：晶体中存在的晶面上的缺陷，主要包括晶面位错和穿孔两种类型。
1.3 半导体制备与加工半导体制备与加工是指将半导体材料制备成具有特定电性能的器件的过程。
它包括晶体生长、掺杂、薄膜制备和微电子加工等步骤。
晶体生长是将半导体材料从溶液或气相中生长出来的过程。
常用的晶体生长方法包括液相外延法、分子束外延法和气相外延法等。
掺杂是为了改变半导体材料的导电性能，通常会对其进行掺杂。
常用的掺杂方法包括扩散法、离子注入和分子束外延法等。
MOSFET-2-清华大学半导体物理
电场对迁移率的影响在前面的长沟道模型中，假设载流子迁移率是常数。
实际上，V GS 和V DS 分别在沟道中产生纵向电场和沿沟道方向的水平电场，都会对载流子的迁移率产生影响。
低场迁移率（弱场近似）水平电场较小时，载流子迁移率和水平位置无关，称作低场迁移率，。
（体材料）•分析弱场下纵向电场对低场迁移率的影响；•分析水平强电场对迁移率的影响•弱场下纵向电场对低场迁移率的影响前提：载流子速度小于饱和速度（纵向弱场）和体材料中的电子比较：沟道中的电子不仅受到晶格振动、杂质等散射，另外还受到沟道“壁”的散射—导致载流子的平均自由时间减小，迁移率下降。
沟道“壁”的含义：势垒由界面势垒和Si导带势垒构成。
对沟道中的大部分电子，势阱很的散射使得沟道中载。
热运动速度三个方向的平均自由程是相等的。
X方向受到额外的散射对平均自由时间的影响例:假设纵向电场为105V/cm。
电子在一个平均自由程内损失全部动量：由沟道“壁”散射决定的平均自由时间为：X方向最大动能为：因此，最大的平均自由时间为：沟道“壁”散射决定的平均自由时间约为体材料的1/6。
纵向电场对迁移率的影响：•能量相同的载流子在不同纵向电场下平均自由时间不同，电场越大，平均自由时间越短。
（势阱宽度不同）•载流子在YZ平面内的平均自由时间和体材料相同•不同纵向电场下，电子迁移率不同。
电场越强，迁移率越低。
决定沟道纵向电场的因素（电荷）：掺杂浓度、偏置、沟道深度根据实验结果得到的低场迁移率：纵向电场对I-V特性的影响：恒定迁移率：考虑纵向电场影响：忽略沟道电压变化的影响：其中：恒定迁移率和考虑纵向电场后的比较沟道中水平电场对迁移率的影响速度饱和效应—弱场下，载流子的漂移速度随电场增大而增大；电场增大到一定值，漂移速度达到饱和。
原因：随电场增大，散射机制的变化。
沟道中载流子漂移速度的经验公式：例：根据公式7.64：得：对于现代集成电路技术，速度饱和效应尤其显著。
取沟道长度为0.18，漏极电流的变化：m μ非饱和区的I-V特性：对比：速度饱和对I-V特性的影响：•利用沟道宽长比调整I-V 特性；•饱和漏电压的变化：减小。
chapt3-2-清华大学半导体物理
极低温时，杂质基本没电离，到NC >0.11N D，p D=N D/3，进入中等电离区。
（图3.3N复习：分析只含受主杂质的型半导体的p 和E 随温度的变化。
iF E E =多重电杂质的统计与补偿通常，多重电杂质一般在半导体中形成深能级，它们对半导体导电能力的影响表现在对相反类型的浅能级杂质的补偿上。
多重电杂质的统计多重电杂质——不仅能量相同的不同状态的电子态不独立，而且引入的多重能级也不是独立的。
杂质处于某种荷电状态，起作用的是某一、二个相关能级。
随着杂质荷电状态改变，起作用的能级发生变化。
电子在杂质能级上的占据几率采用吉布斯统计。
Au在Ge中的施主能级E D的电离能很大，是深施主。
起施主作用的温度高，本征激发已不可忽略（不仅如此…….）。
因此不能直接测量，需要采用掺入浅受主补偿的办法。
N D；N AAu 在Ge 中的其它能级：E A1位于E i 之下，视为浅受主，由ln p 0～1/T 关系求ΔE A1E A2 和E A3是深受主能级，电离能采用掺入浅施主杂质的办法求出（n 型导电）。
请同学自己分析如何得到E A2 和E A3⎠⎝，发生简并（确定的掺杂浓度）的温度上、下限的含义：下限：温度低，载流子浓度不够大；上限：温度过高，态密度升高更快。
泡利原理不起作用，仍然可以用玻尔兹曼分布。
以χ=0为简并化条件Si：m dn=0.1m0，ΔE D =0.04eV，N dmin∼1020/cm3Ge：m dn=0.55m0，ΔE D =0.01eV，N dmin∼1018/cm3 GaAs：m dn=0.068m0，ΔE D =0.01eV，N dmin∼1016/cm3InSb：窄E g，m dn/m dp∼32，E i接近E C(如400K，E i≈E C，较低温度下，本征InSb也会发生简并。
总结态密度费米分布和玻尔兹曼分布非简并半导体的载流子浓度本征载流子浓度只含一种杂质的情形杂质补偿情况简并半导体(掺杂浓度很高时)练习题:一块补偿的p型Si，1，低温弱电离时的电中性条件是_________________；2，杂质强电离、本征激发可以忽略时的电中性条件是__________________；3，温度升高，本征激发不可忽略时，电中性条件是__________________；4，温度进一步升高，Si处于本征时，电中性条件是__________________；作业：3.13.2（低温弱电离）3.3（强电离）3.43.5说明：为什么Si器件比Ge器件的工作温度高？。
清华大学831半导体物理 、器件及集成电路考研参考书目、考研真题、复试分数线
清华大学831半导体物理、器件及集成电路考研参考书目、考研真题、复试分数线831半导体物理、器件及集成电路课程介绍研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。
是固体物理学的一个分支。
研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。
研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等。
半导体物理学的发展不仅使人们对半导体有了深入的了解，而且由此而产生的各种半导体器件、集成电路和半导体激光器等已得到广泛的应用。
典型的半导体主要是由共价键结合的晶体。
如硅、锗的晶体具有半导体物理学金刚石结构（图1），Ⅲ-Ⅴ化合物以及一些Ⅲ-Ⅵ化合物具有闪锌矿结构（图2）或纤锌矿结构（图3）。
这些都是最典型的共价键结合的晶体结构，其中每个原子由四个共价键与近邻原子相结合。
能带的概念组成共价键的价电子呈现出相对集中于近邻原子之间的空间分布，它们同时又是运动于晶体中的共有电子，具有典型的连续能量分布（图4）就是由X射线电子谱所测的硅中价电子的能量分布）。
按照固体的能带理论，晶体中的电子态分属于若干能带，每个能带包含能量连续分布的2N个电子态（计入自旋），N代表晶体包含的元胞总数。
上述价电子的能量分布实际上包含着几个部分相互重叠的能带，它们正好被晶体中的价电子所填满，统称为价带。
原理能带中的电子态是用一个波数矢k标志的，它的意义近似于一个自由电子的德布罗意波的波数。
为了展示能带中的电子态，往往采用以k为坐标的“k空间”，k空间中的一点表示一个电子态(不计自旋),k的取值限于环绕原点的一个具有晶体对称性的多面体区域，称为布里渊区。
图5表示半导体物理学金刚石(或闪锌矿)晶体的布里渊区。
半导体物理与器件习题
半导体物理与器件习题目录半导体物理与器件习题 (1)一、第一章固体晶格结构 (2)二、第二章量子力学初步 (2)三、第三章固体量子理论初步 (2)四、第四章平衡半导体 (3)五、第五章载流子输运现象 (5)六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)七、第七章pn结 (6)八、第八章pn结二极管 (6)九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)十、第十章双极晶体管 (7)十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)一、第一章固体晶格结构1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是。
2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。
3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm。
4．什么是晶体？晶体主要分几类？5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。
常用的掺杂方法有扩散和离子注入。
6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？二、第二章量子力学初步1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。
2．什么是概率密度函数？3．描述原子中的电子的四个量子数是：、、、。
三、第三章固体量子理论初步1．能带的基本概念◼能带（energy band）包括允带和禁带。
◼允带（allowed band）：允许电子能量存在的能量范围。
◼禁带（forbidden band）：不允许电子存在的能量范围。
◼允带又分为空带、满带、导带、价带。
◼空带（empty band）：不被电子占据的允带。
◼满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。
导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。
价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。
半导体器件物理(第二版)第二章答案.pdf
0Na + Nd
)
xp
=
2 K 0 qNa (Na
0Nd +N
d
1
)
2
试推导这些表示式。
解：由泊松方程得：
d d
2 p (
dx2
2 n (
dx2
x) x)
= =
qNa k0
− qNd k0
积分一次得
(− xp x 0)
(0 x xn )
d p ( x)
dx
=
qNa k0
x
+ c1
所以
V
V
pn2 = ni2e VT 或 pn = ni e 2VT
2-2．热平衡时净电子电流或净空穴电流为零，用此方法推导方程
0
= n
−
p
= VT
ln
Nd Na ni2
。
解：净电子电流为
In
=
qA(Dn
n x
+
nn )
处于热平衡时，In＝0 ，又因为 = − d dx
1
所以 nn
d dx
= Dn
得：
D1 = 0 ， D2 = 0
( ) 于是
p n
( (
x) x)
= =
qNa 2k0 − qNd
2k0
x
(
+ x
x −
2 p
)
(o x xn )
再由电势的连续性，当 x＝0 时 ， p (0) = n (0) ：
( ) 所以
0
=
q 2k0
Na x2p + Nd xn2
证明：
JP
=
−qDP
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1第二章半导体中的电子状态要求：掌握能带、有效质量和空穴的概念、常见半导体的能带结构、杂质能级。
纲要•半导体中的电子状态和能带的概念•半导体中电子在外力下的运动，有效质量•材料导电性的差别（半导体如何导电）•空穴的概念•常见半导体的能带结构（结论性知识）•杂质和缺陷能级2其中布洛赫波为一个被周期函数u k (r )所调制的平面波。
电子的空间分布几率|Ψ*Ψ|=|u *u |是晶格的周期函数。
u k (r )反映电子在原胞内的运动。
e ik·r 反映电子在整个晶体中的共有化运动（如何理解？）。
§2.1 半导体中的电子状态和能带（复习）布洛赫波采用单电子近似，在晶体的周期场中，电子的波函数为布洛赫波函数：（a n 为任意晶格矢）r k i k k e r u r v v v v v v ⋅=)()(ψ)()(n k k a r u r u v v v v v +=3半导体能带的两种处理方法（半导体中的电子介于自由和强束缚之间）1、近自由电子近似：从自由出发，加束缚条件2、紧束缚近似：从束缚出发，减弱束缚•电子在原胞中不同位置上出现的几率不同(归一化)。
•电子在不同原胞的对应位置出现的几率相同（几率能否叠加？），真正反映电子的共有化运动。
•如何理解电子的宏观运动？电子的波函数几率和统计力学得到电子空间分布的变化，电子空间分布变化表现为宏观的电子运动。
4例：Si(金刚石结构）能带的形成(SP 3杂化和电子占据能态情况)1、能级数目；2、能级间隔；3、电子不再是局域的。
5轨道杂化和电子占据情况：价带完全填满；导带没有电子。
布里渊区和能带中的电子态（用k表示）晶体中同一电子态可以有多个k 来表征。
一维, k 和(k+2nπ/a)表示同一电子态。
为使每个能带的E∼k关系一一对应，将k 轴分成若干个区，称为布里渊区。
一维：6三维：满足布喇格反射条件的一个个平面围成的多面体。
Ge、Si等面心立方晶格，简约布里渊区为截角八面体。
若取kx 、ky、kz分别为[100]、[010]、[001]方向Г布区中心，k＝0的点Δ表示<100>方向Λ表示<111>方向Σ表示<110>方向Χ布区边界与<100>轴的交点L 布区边界与<111>轴的交点Κ布区边界与<110>轴的交点7912m *的意义：晶体中的电子除受到外力，还受到周期场力。
引入m*，可得出外力F 和加速度a 的简单关系，把复杂的周期场力包括到m*中去了。
引入共有化运动速度和有效质量后，可将晶体中的电子视为经典粒子，将其运动规律等效成自由电子运动规律。
则电子共有化运动的加速度与力的关系和经典力学相同，即：m*具有质量量纲，称为晶体中电子的有效质量。
am*F =•带底m*>0; 带顶m*<0；•带顶、带底附近，E-k 关系曲率大的m*小；曲率小的m*大；•能带越宽，有效质量越小；能带越窄，有效质量越大。
*采用有效质量的概念后，周期势场的作用就被隐藏起来。
负有效质量是在外力下的表现。
1416部分填充带对称填充，未加外场宏观电流为零。
加外场，电子逆电场方向在k 空间移动。
散射最终造成稳定的不对称分布，产生宏观电流（电场方向）。
∑=−=ni iqv J 21电流密度：17§2.3导体、绝缘体和半导体的能带模型T >0K ，一定数量电子激发到上面的空带。
绝缘体的E g 大，导带电子极少；半导体的E g 小，导带电子较多。
根据能带填充情况和E g 大小来区分金属、半导体和绝缘体。
金属导体：最高填充带部分填充；绝缘体和半导体：T =0K，最高填充带为填满电子的带。
空带中若有电子，该带可参与导电，称为导带；满带中若缺少电子，该带亦可参与导电，称为价带。
18§2.4 空穴半导体中的电流＝导带电子的电流＋价带电子的电流是外场引起的电子速度改变量即漂移分量，取决于电场和散射。
每个电子的Δv i 不同，但大量电子Δv i 的平均值在一定的外场下是确定的：(2.39)是外场为零时电子的速度，显然：导带中少量电子的电流导带少量电子处于导带底部，m n >0且为常数。
设导带电子浓度n 0 ，外场下这些电子产生的电流密度为j n ：∑∑∑=−=Δ−−=−=0001101n i in i i n i i n v q v q v q j v v v v 00=Σi v v 0i v v i v vΔ20价带中大量电子的电流用上述方法求价带电子的电流的问题：设价带顶附近空态浓度p 0；价带中全部电子在外场作用下产生的电流密度为j p 。
若将空态全部填上电子，则这些电子在电场作用下产生的电流密度为j p ’。
全满带中的电子不导电：(2.43)0=′+pp j j vv —“空穴”的概念计算量太大、m * 不为常数总结：•电子指的是导带中少量电子；•空穴是等效价带中大量电子在外场下的运动；•在外场作用下导带和价带的电子都作漂移运动，因此，半导体中同时存在两种载流子。
•半导体中的电流等于电子和空穴电流之和：j = jn + jp问题：1、导带电子能否用空穴等效？2、一个空穴运动的物理图象是怎样的？24§2.5 常见半导体的能带结构能带结构即E～k关系，它决定了速度v 和有效质量m*，直接影响材料的性质。
一维理论不能反映实际三维晶体的能带结构。
（能带极值点的位置，能带的交叠）实际晶体的E～k关系十分复杂，而三维图像不能直观地反映出E和三维的k 的关系。
通常采用以下办法：给出几个主要方向上的E～k关系；借助等能面来反映E～k关系。
两种方式互为补充。
2529平行于旋转轴方向的有效质量为纵有效质量，记作m l 垂直于旋转轴方向的有效质量为横有效质量，记作m t 若m 1*=m 2*=m 3*，等能面是一系列球；若m 1*≠m 2*≠m 3*，等能面是一系列椭球； 若m 1*=m 2*≠m 3*, 等能面是以k 3为轴的一系列旋转椭球。
•两个等能面之间包含的体积的物理意义。
关系：3132•同属于价带，但是具有不同的有效质量。
•价带不同组等能面的区分：间距。
若几个不同E ～k 关系的极值点都在k 空间原点(右图是2个带情形），由于E ～k 关系不同，每个带有自己的一组球形等能面，相应具有不同的m *（右图m 1*、m 2*）。
§2.5.2 常见半导体的能带结构——主要方向上的E ～k 关系IV 族元素半导体讲义p47表2-1列出Ge 和Si 的能带参数。
EcEv 能谷34Ge 的导带导带底在Λ轴(<111>)与布里渊区边界交点，即L 点；以Λ轴为旋转轴的旋转椭球等能面4个极值点（8个半椭球即4个整椭球）；m l =1.58m 0、m t =0.082m 0（表2-1）35取椭球旋转轴为k 1，与之垂直的为k 2, k 3，则E ～k 关系：其中E C 是导带底能量])()[(2)(2)(23032202221012k k k k m k k m E k E tl C −+−+−+=h h Ge 、Si 的价带极值点都在k =0(Г点)；都由4支带组成，价带顶附近3个带，其中2个带在k =0处简并，另一个带由于自旋-轨道相互作用分裂到下面，也称为“分裂”带。
362个在k =0处简并的带：上面的带曲率小、m *大，称为重空穴带下面的带曲率大、m *小，称为轻空穴带间接禁带半导体——导带底和价带顶不在同一k 值的半导体，例如Ge 、Si。
2个带在k =0附近的E ～k 关系见(2.52)式，等能面近似球面37Strain Si 的导带和价带采用压应变的SiGe空穴沟道及张应变的Si电子沟道提高载流子的迁移率。
机理：载流子有效质量的减小；谷间散射率降低。
导带：六重简并分裂，能量差为0.6x eV。
低能39化合物半导体Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体(见表2-2，图2.19、2.20)价带：闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的价带结构相似GaAs 带顶在k =0处或附近;轻、重空穴带在k =0或附近简并；第3个是自旋-轨道耦合分裂出来的能带分析的应用（GaAs中电子转移）InSb40导带：Al 、Ga 、In 和P 、As 、Sb 组成9 种化合物半导体见表2-2直接禁带半导体5种：GaAs 、InP 、InAs 、InSb 和GaSb 。
价带顶和导带底均在k = 0处；间接禁带半导体4种：AlP 、AlAs 、GaP 和AlSb导带底在△轴（<100>）。
GaAs 直接禁带半导体——导带底和价带顶在同一k 值的半导体GaAs直接禁带，E(300K)=1.42eV，g<111>和<100>有间接能谷。
光学方面：激光器、光电二极管等电学方面：HEMT 、微波振荡器GaN直接禁带，E(300K)=3.39eV，g高效率、超亮度GaN蓝色发光二极管GaN蓝色激光二极管宽带微波功率器件（无线通讯、军工）41Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体（见表2-2、2-3）Zn、Cd、Hg和S、Se、Te组成的9种化合物半导体，加上ZnO全部是直接禁带，极值点均在Г点；HgS、HgSe、HgTe是闪锌矿结构；其余7种是纤锌矿结构；42混合晶体B x，三元A(1-x)B x C等，调节组分x，改变能二元A(1-x)带结构，从而改变材料性质——能带工程GaAs1-x P xGaAs：直接禁带，E g(300K)=1.42eVGaP：间接禁带，E g(300K)=2.79eVx=0.45发生直接禁带向间接禁带的过光学应用。
4344Ge 1-x Si xGe: 间接禁带，导带底在<111>；E g (300K)=0.67eVSi: 间接禁带，导带底在<100>；E g (300K)=1.12eVx 增大，<111>谷和<100> 相对价带顶上升，但<111>谷速率快，x =0.15时导带极值由<111>变到<100>，能带由类Ge 型变为类Si 型Ge 1-x Si x 作基极的Ge 1-x Si x /Si 异质结双极晶体管(HBT) ——高频、低噪声、高基区穿通电压等；在Ge 1-x Si x 上外延Si (Strained Si)，用这层Si 制作MOSFET——新一代高性能、小尺寸MOSFET47§2.6杂质和缺陷能级理想晶体：禁带中不存在任何能级。
实际晶体：存在杂质、缺陷。
所在之处的周期场遭到破坏，引入附加势场，束缚电子，产生局域化电子态局域态：空间上，波函数只局限在杂质、缺陷附近；能级位于禁带中。
杂质的浓度远小于晶体原子密度，杂质之间的相互作用可忽略——杂质能级是孤立的。