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半导体物理第1章半导体中的电子态.ppt

2019-01-27 来源:互联网 责任编辑:网络整理 点击:

半导体物理教科书:刘恩科,朱炳生,罗金生等
2电子态和半导体能带本质上,由于半导体晶体由一系列周期性排列的孤立原子组成,它们的电子态与孤立原子的电子态相似。
为了理解半导体中的电子状态,有必要了解孤立原子中的电子状态。
A.孤立原子的能级状态由四个量子数表示。(1)主量子数n(2)角量子数l(3)磁量子数m(4)自旋毫秒。
波尔氢原子理论的两个方程也可以用来更精确地求解氢原子。孤立原子的电子能量不仅与主量子数n有关,而且与角量子数1有关.n和l的相同电子具有相同的能量。
不同支撑层中的电子各自由符号1表示。2秒,2秒。3 s,3 p,3 d。每层对应一定的能量。
当原子彼此接近时?
?电子外壳之间的重叠(最外层的重叠和内层的重叠较少)?
电子根本不再局限于原子,它可以从原始原子移动到相邻的原子,使电子可以穿过晶体。
这种运动称为电子运动。
注意:每个原子的同一层中的电子具有相同的能量,电子只能在同一层之间移动。
当八个原子彼此接近时,能级被分开。每个能级被分为八个能级彼此非常接近(分离不同,原子层不同,能级分裂原子不同)。
形成半导体能带(硅,锗)特性的能带(能级分割)?
当原子数大时,导带和价带中的能级密度变大,可以认为能级几乎是连续的。
先前分析的优点:考虑晶体中孤立原子与原子之间的相似性。它可用于定性分析能带的形成。
§1
2
半导体和带状晶体中的电子态:周期势场中自由电子的运动:零势场中的运动。
体育方面有相似之处。
差异:自由电子的势场为零。
1.自由电子自由电子具有波和粒子的对偶性。
假设电子的质量是m 0并且??速度是v,它变为如下。
粒子属性的解释(经典物理学):2。
波动的特征描述:在能量不连续的变化(1)而代方程(6)代入(2)中,v =香港/ M0(5)E = h2k2 / 2m0(6)第二,在晶体电子状态1。
在晶体中的晶体薛定谔方程中,存在周期性势场,V(x)= V(x + na)(8)b,并且边界条件限于2。
布洛赫定理意义和布洛赫函数布洛赫的函数
晶体中电子的波函数类似于自由电子的波函数。
可以看出,晶体中电子的波函数实际上等于幅度调制的自由电子波的幅度。
然后uk(x)= uk(x + a)3。
Schr?dinger方程的解:布里渊区和能带可以通过求解Schroedinger方程来表征。E(k)和k之间的关系如下。
d。
E是K的多值函数,并使用En(k)来识别带n。

每个都可以携带N个能量状态,如果它包含在一个转弯中,每个波段可以包含2N个电子。
1
由于原子之间的强相互作用,例如共价键,离子键或轨道杂化,在晶体中存在一系列能级(准连续带,带间空间)。
2
晶体中的电子只能根据这些能级分布。(即,电子的外部传输,但“几乎免费”,该能量是“免费”。)3.导体,半导体,绝缘体的固态导电过程中,实际上是在彼此之间的能量交换过程是的。电子和外部电场。
固体材料必须具有一定的通电条件。
固体中有外部电子可以“几乎自由”。湾
固体具有“连续能级”“自由”(即能带)。
a)金属带:部分填充b)带堆叠带c)半导体:富勒,d)绝缘体:符合§1。
在半导体3的电子转移 - 有效质量理论能带理论解决方案:在半导体和(k)k处的E的一种复杂的关系,上面的分析是定性的分析,定量关系如下有必要解决它。理论(纯理论)
有效质量的定义对于接近极端的电子(下部),能带在k = 0,E(k)由泰勒级数产生,k = 0且可用:2,每个表示参数的有效质量。
3
4有效质量有效质量是一种数学处理,但物理上包括电子的各种内部效应(势场,功率)。
4
有效质量的有效质量大小可以在很宽的K范围内保持恒定。
这是可以有效应用的一个原因。
对于波段,波段越宽,有效质量越小。
能带越窄,有效值越大。
什么是hk,mn * V,mV是什么意思?

有效质量的意义
它可以简单直观地改变E?K比和其他运动参数。
与经典的物理变异定律一样,它易于理解并避免理论计算的复杂问题。
在介绍过程中要记住的几个公式:问题和论点:1。
为什么有效质量不同于电子的惯性质量?
(基本上是潜在场的作用或与晶体中粒子的相互作用(从动量和能量的角度来看)