半導(dǎo)體物理問(wèn)題解答-全文預(yù)覽
【正文】 要參數(shù)。電流密度jn： 其中n為載流子濃度，q為載流子的電量。若帶隙大，電子不能從滿帶躍遷到空帶，空帶全空，則為絕緣體；反之如帶隙較小，有部分電子能夠從滿帶躍遷到空帶使得滿帶不全滿，空帶不全空，則為半導(dǎo)體。因此凡是電子導(dǎo)體材料，肯定存在沒(méi)有被完全充滿的能帶；相反，絕緣體材料的能帶肯定都是充滿的，或是全空的。隨著溫度繼續(xù)升高，雜質(zhì)對(duì)導(dǎo)電的影響越來(lái)越小。得到這樣的結(jié)果一點(diǎn)也不奇怪，因?yàn)樵诤艿蜏囟认拢瑑r(jià)帶沒(méi)有電離，幾乎沒(méi)有電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，導(dǎo)帶上的電子全部來(lái)自于施主能級(jí)上電子的電離。因此對(duì)一種半導(dǎo)體材料，如果由于某種原因使得導(dǎo)帶電子密度增加，則其中的空穴密度數(shù)目必然減少。 、價(jià)帶空穴密度單位體積中價(jià)帶的空穴數(shù)目，同樣，我們把上式改寫成，即價(jià)帶中所有能級(jí)上空穴的總和可等價(jià)為一個(gè)能量為Ev、密度為Nv的能級(jí)上的電子數(shù)。受主能級(jí)從價(jià)帶中接受電子的過(guò)程稱為受主的電離，未電離前，未被電子占據(jù)。1)、禁帶出現(xiàn)在k=nπ/a處，即出現(xiàn)在布里淵區(qū)的邊界上2)、每一個(gè)布里淵區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)能帶3)、能隙的起因：晶體中電子波的布喇格反射－周期性勢(shì)場(chǎng)的作用 、施主能級(jí)與受主能級(jí) 施主能級(jí)ED：由于施主雜質(zhì)的摻入而在半導(dǎo)體帶隙中新引入的電子能級(jí)。如果把空著的狀態(tài)看成空穴，則從空穴的角度來(lái)看，就是能量較高的空穴被占據(jù)的幾率較小，所以1f(E)實(shí)際上反映了空穴的分布情況。、費(fèi)米狄拉克分布函數(shù)的性質(zhì)：一個(gè)量子態(tài)要么被電子占據(jù)，要么空著，能量為E的能級(jí)被占據(jù)的幾率為f(E)，因此空著的幾率為不難看出，f(E)與1f(E)相對(duì)E=EF是對(duì)稱的，在該點(diǎn)占據(jù)及空著的幾率正好都等于1/，反之，能量比費(fèi)米能級(jí)低的能級(jí)充滿的幾率較大。如果T0，則不管E為何值，f(E)均小于1，另外在E=EF處，不管溫度T是多少，都有f(E)=1/2.費(fèi)米能級(jí)的意義：反映了平衡狀態(tài)下電子或空穴在各能級(jí)的分布情況，即電子的填充水平。能級(jí)是一個(gè)能量位置，多個(gè)狀態(tài)可以有相同的能量，但一個(gè)狀態(tài)上最多只能有一個(gè)電子。第三章、晶體中的電子狀態(tài)、費(fèi)米狄拉克分布：在晶體中，每立方厘米中有1022到1023數(shù)量級(jí)的原子?？梢宰C明，晶體中總的格波數(shù)目與晶格中的總自由度有關(guān)，即對(duì)于共有N個(gè)原胞，每個(gè)原胞有n個(gè)原子，每個(gè)原子有m個(gè)自由度的晶格，其總自由度為mnN，則其總格波支數(shù)也有mnN種。這就是紅外光譜測(cè)量分子結(jié)構(gòu)的基本原理。因此首先研究晶格振動(dòng)，并通過(guò)量子力學(xué)中諧振子模型將晶格振動(dòng)用一種粒子聲子來(lái)描述。不過(guò)晶體中存在使得晶體偏離理想狀態(tài)的因素，例如晶體的熱振動(dòng)、電離的施主及受主、晶體中的缺陷等都會(huì)對(duì)載流子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生干擾，使得他們的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化并使運(yùn)動(dòng)無(wú)序化。、隧道效應(yīng)：粒子能夠穿透比它動(dòng)能更高的勢(shì)壘的現(xiàn)象。因此以量子力學(xué)可以非常方便的得出固體的能帶這個(gè)物理概念。基本情況與無(wú)限深勢(shì)阱時(shí)的相似，但與無(wú)限深勢(shì)阱不同的是，即使粒子的能量E小于勢(shì)阱的高度，粒子仍有一定的幾率出現(xiàn)在阱外。另外，由于n不能為0，因此粒子的能量不能為0即從量子力學(xué)的觀點(diǎn)看，粒子不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，而是處于波動(dòng)狀態(tài)。束縛于一維勢(shì)阱中粒子的能量不能取連續(xù)值，其能量本征值是分立能級(jí)，組成分立譜。因此，能量也只能取一些分立的值。此即電子在晶體中運(yùn)動(dòng)的一種近似描述。禁帶在布里淵區(qū)邊界處。對(duì)一個(gè)在固體中運(yùn)動(dòng)的電子來(lái)說(shuō)，在晶體的周期勢(shì)場(chǎng)中，有效質(zhì)量已經(jīng)把周期性的晶格場(chǎng)的作用包含在內(nèi)了，因此沒(méi)有受到外力的作用，載流子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)變。、為什么要研究晶格振動(dòng)？晶格振動(dòng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生額外影響，因?yàn)榫Ц裾駝?dòng)表現(xiàn)為一種波，對(duì)一個(gè)粒子與波的相互作用研究比較困難。這種電極矩可與電磁波發(fā)生作用，因此在光波（電磁波）的作用下，盡管基元的質(zhì)心位置保持不變，但由于存在電極矩，因此光學(xué)波與頻率非常接近它的紅外光可以發(fā)生相互作用，即可以用紅外光激發(fā)，因此被稱為光學(xué)波。、三維晶體中的晶格振動(dòng)：我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)晶格由單原子組成時(shí)，只有一種格波；當(dāng)由兩種原子組成時(shí)
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