半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)(存儲(chǔ)版)
【正文】 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(dòng)規(guī)律時(shí)，可以不涉及到半導(dǎo)體內(nèi)部勢場的作用。 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(dòng) — 能級分裂 ? 原子形成晶體后，電子的共有化運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致能級分裂，形成能帶。 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(gè)陣點(diǎn)上附加一個(gè)基元，就構(gòu)成晶體結(jié)構(gòu)； ? 每個(gè)基元的組成、位形和取向都是全同的； ? 相對一個(gè)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(gè)原子，如許多金屬 和惰性氣體晶體；也可以有很多個(gè)（超過 1000個(gè)） 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 。 按點(diǎn)陣參數(shù)可將晶體點(diǎn)陣分為 七個(gè) 晶系 ， 產(chǎn)生 14種 不同點(diǎn)陣類型 。狀可以描述自由電子運(yùn)動(dòng)此波矢均有確定值，因自由電子的的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以看出，對于波矢kvpEk????,自由電子的 Ek關(guān)系 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 4 二、半導(dǎo)體中的電子的狀態(tài)和能帶 ? 自由電子的運(yùn)動(dòng) 微觀粒子具有波粒二象性 考慮一個(gè)質(zhì)量 m0，速度 自由運(yùn)動(dòng)的電子 ： v? ? 晶體中薛定諤方程及其解的形式 2220( ) ( )() ( ) ( ) ( )2V x V x sadx V x x E xm dx???? ? ? ? ?( ) ( )( ) ( )ik xkkkkx u x eu x u x na????其解為布洛赫波函數(shù) 晶體中的電子是以一個(gè)被調(diào)幅的平面波在晶體中傳播 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 5 ? 晶體中的 Ek關(guān)系 能帶 晶體中電子的 Ek關(guān)系圖 簡約布里淵區(qū) 禁帶出現(xiàn)在 k=nπ/a處，即出現(xiàn)在布里淵區(qū)的邊界上 每一個(gè)布里淵區(qū)對應(yīng)一個(gè)能帶 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 6 E(k)=E(k+2nπ/a) 能量不連續(xù)： k= nπ/a (n=0, 177。導(dǎo)帶中的電子和留在價(jià)帶中的空軌道二者都對電導(dǎo)率有貢獻(xiàn)。 回旋共振 1 ? 不同的半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)不同，而且往往是各項(xiàng)異性的，即沿不同波矢 k的方向， E～ k關(guān)系也不同，往往很復(fù)雜 ? E～ k關(guān)系對研究和理解半導(dǎo)體中的載流子行為至關(guān)重要 ? 理論上尚存在困難，需要借助實(shí)驗(yàn)幫助，得到準(zhǔn)確的E～ k關(guān)系這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是回旋共振實(shí)驗(yàn) ? E(k)為某一定值時(shí)，對應(yīng)著許多組不同的 k(即 kx,ky,kz)，將這些不同的 k連接起來構(gòu)成一個(gè)封閉面，在這個(gè)面上的能值均相等，這個(gè)面就稱為等能面 一、 k空間等能面 ? 以 kx、 ky、 kz 為坐標(biāo)軸構(gòu)成 k 空間 2 2 2 2x y zk k k k? ? ?22 2 2*( ) ( 0) ( )2 x y znE k E k k km? ? ? ?? 導(dǎo)帶底附近 ? 對應(yīng)于某一 E(K) 值，有許多組不同的 (kx, ky, kz) ,將這些組不同的 (kx, ky, kz) 連接起來構(gòu)成一個(gè)封閉面，在這個(gè)面上能量值為一恒值，這個(gè)面稱為等能量面，簡稱等能面。 ? 當(dāng)溫度升高時(shí)，電子由價(jià)帶被熱激發(fā)至導(dǎo)帶。 一定溫度下半導(dǎo)體的能帶 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶
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