半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)(文件)
【正文】 晶具有方向性 : 各向異性 半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì) 1 ? 理想晶體是由全同的結(jié)構(gòu)單元在空間無限重復(fù)而構(gòu)成的； ? 結(jié)構(gòu)單元組成：單個原子（銅、鐵等簡單晶體）多個原子或分子（ NaCd2， 1192個原子組成最小結(jié)構(gòu)單元；蛋白質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)單元往往由上萬了原子或分子組成）； ? 晶體結(jié)構(gòu)用 點(diǎn)陣 來描述，在點(diǎn)陣的每個 陣點(diǎn) 上附有一群原子； ? 這樣一個原子群成為 基元 ； ? 基元在空間重復(fù)就形成晶體結(jié)構(gòu)。 半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì) 2 ? 基元和晶體結(jié)構(gòu) ? 每個陣點(diǎn)上附加一個基元，就構(gòu)成晶體結(jié)構(gòu)； ? 每個基元的組成、位形和取向都是全同的； ? 相對一個陣點(diǎn)，將基元放在何處是無關(guān)緊要的； ? 基元中的原子數(shù)目，可以少到一個原子，如許多金屬 和惰性氣體晶體；也可以有很多個（超過 1000個） 半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì) 3 ? 晶胞與初基晶胞（原胞） ? 晶胞：能完整反映晶體內(nèi)部原子或離子在三維空間分布之化學(xué) 結(jié)構(gòu)特征的平行六面體單元 。 半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì) 5 ? 14種三維點(diǎn)陣 ? 金剛石型晶體結(jié)構(gòu) ? 原子結(jié)合形式：共價鍵 每個原子周圍都有 4個最近鄰的原子 ，組成一個正四面體結(jié)構(gòu)。 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 1 ? 晶體的能帶 ? 原子靠近，外層電子發(fā)生共有化運(yùn)動 — 能級分裂 ? 原子形成晶體后，電子的共有化運(yùn)動導(dǎo)致能級分裂，形成能帶。 1, 177。 ? 波包由一個特定波矢 k附近的諸波函數(shù)組成，則波包群速 Vg為 ? 能帶極值附近的電子速度正負(fù)與有效質(zhì)量正負(fù)有關(guān) 半導(dǎo)體中的電子的運(yùn)動 有效質(zhì)量 4 電子能量 三、 半導(dǎo)體中電子的加速度 ? 當(dāng)半導(dǎo)體上存在外加電場的時候，需要考慮電子同時在周期性勢場中和外電場中的運(yùn)動規(guī)律 ? 考慮 dt時間內(nèi)外電場 |E|對電子的做功過程 半導(dǎo)體中的電子的運(yùn)動 有效質(zhì)量 5 加速度 半導(dǎo)體中的電子的運(yùn)動 有效質(zhì)量 6 ? 定義電子的有效質(zhì)量 ? 引進(jìn)有效質(zhì)量的概念后，電子在外電場作用下的表現(xiàn)和自由電子相似，都符合牛頓第二定律描述 四、有效質(zhì)量的意義 ? 半導(dǎo)體中的電子需要同時響應(yīng)內(nèi)部勢場和外加場的作用，有效質(zhì)量概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢場對電子的作用，使得在解決半導(dǎo)體中電子在外力作用下的運(yùn)動規(guī)律時，可以不涉及到半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用。 ? 空穴 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 空穴 2 ? 滿帶中的電子即使加外電場也不能導(dǎo)電 ? 所有電子的波矢都以相同的速率向左運(yùn)動，但滿帶的結(jié)果是合速度為零。導(dǎo)帶中的電子和留在價帶中的等量空穴二者都對電導(dǎo)率有貢獻(xiàn)。 回旋共振 2 ? 一般情況下的等能面方程 回旋共振 3 ? 晶體往往是各向異性的，使得沿不同波矢 k的方向，E～ k關(guān)系也不同 ? 不同方向上的電子有效質(zhì)量也往往不同 ? 能帶極值也不一定在 k=0處 導(dǎo)帶底： k0， E(k0) 選擇適當(dāng)坐標(biāo)軸： kx,ky,kz 定義： mx*,my*,mz*為相應(yīng)方向的導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量 在 k0這個極值附近進(jìn)行三維泰勒展開 回旋共振 4 一般情況下的等能面是個橢球面 回旋共振 5 ? 當(dāng) Ek關(guān)系是各項同性時 等能面是球形 回旋共振 6 二、回旋共振
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