半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)-在線瀏覽
2025-02-02 07:03本頁面
【正文】 合 物 半 導(dǎo) 體 如 GaN、 ZnO、 CdS、 ZnS,等 纖鋅礦型（ GaN) 孤立原子的能級 一、原子的能級和晶體的能帶 ? 原子的能級 ? 不同支殼層電子 電子在殼層上的分布遵從： a) 泡利不相容原理 b) 能量最低原理 表示方法： 1s； 2s， 2p； 3s， 3p， 3d； … 在單個原子中，電子狀態(tài)的特點是： 總是局限在原子的周圍，其能級取一系列分立值 。 原子最外殼層交疊程度大，電子的共有化 運動顯著，能級分裂厲害，能帶寬 原子最內(nèi)殼層交疊程度小，電子的共有化 運動弱，能級分裂小，能帶窄 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 2 ? Si的能帶 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 3 N個原子組成晶體，每個 能帶 包含的 能級數(shù) （共有化狀態(tài)數(shù)） 不計原子本身簡并 ： N原子 —— N度簡并 考慮原子簡并： 與孤立原子的簡并度相關(guān)。狀可以描述自由電子運動此波矢均有確定值，因自由電子的的運動狀態(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 ? 自由電子的運動 微觀粒子具有波粒二象性 考慮一個質(zhì)量 m0，速度 自由運動的電子 ： 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 每一個布里淵區(qū)對應(yīng)一個能帶 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。 2,… 能隙的起因：晶體中電子波的布喇格反射－周期性勢場的作用 三、 導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶 絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的能帶示意圖 絕緣體 半導(dǎo)體 導(dǎo)體 價帶 ： 0K條件下被電子填充的能量的能帶 導(dǎo)帶 ： 0K條件下未被電子填充的能量的能帶 帶隙 ：導(dǎo)帶底與價帶頂之間的能量差 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶 7 ? 本征激發(fā) 本征激發(fā)：在一定溫度下，價帶電子被熱激發(fā)至導(dǎo)帶電子的過程。 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 8 半導(dǎo)體中的電子的運動 有效質(zhì)量 1 一、 半導(dǎo)體中 Ek的關(guān)系 ? 要掌握能帶結(jié)構(gòu)，必須確定 Ek的關(guān)系（色散關(guān)系） ? 半導(dǎo)體中起作用的常常是接近于能帶底部或頂部的電子，因此只要掌握這些能帶極值附近的色散關(guān)系即可 ? 以一維情況為例，令 dE/dk|k=0=0， E(k=0)泰勒展開 E(0)：導(dǎo)帶底能量 對于給定半導(dǎo)體是個定值 ? 導(dǎo)帶底： E(k)E(0)，電子
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