【2017年整理】一半导体中的电子状态.pptVIP

第1章 半导体中的电子状态;第1章 半导体中的电子状态;第1章 半导体中的电子状态;1.1 半导体的晶格结构和结合性质;1.1.1 金刚石型结构和共价键;特点：正四面体。 原子间形成共价键。 共价键夹角：109?28’;硅和锗的共价键结构;金刚石结构结晶学原胞 由两套基本面心立方晶胞套构而成的，套构的方式是沿着基本面心立方晶胞立方体对角线的方向移动1/4距离 金刚石结构固体物理学原胞 中心有原子的正四面体结构;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;金刚石结构原子在晶胞内的排列情况 顶角八个，贡献1个原子； 面心六个，贡献3个原子； 晶胞内部4个； 共计8个原子。 ;金刚石型结构;硅、锗基本物理参数;1.1.2 闪锌矿型结构和混合键;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;极性半导体 共价键+离子键 (共价键占优势） 不同双原子复式晶格。;1.1.3 纤锌矿型结构;半导体中的晶体结构;氯化钠型结构;第1章 半导体中的电子状态;1.2 半导体中的电子状态和能带;原子的能级; ;Solid of N atoms; 1、原子最外壳层交叠程度大，电子的共有化运动显著，能级分裂厉害，能带宽 2、原子最内壳层交叠程度小，电子的共有化运动弱，能级分裂小，能带窄 ;N个原子组成晶体，每个能带包含的能级数（共有化状态数） 不计原子本身简并：N个原子——N度简并 考虑原子简并：与孤立原子的简并度相关 例如： N个原子形成晶体： s能级（无简并）——N个状态 p能级（三度简并）——3N个状态 考虑自旋：N——2N ; ;价带：0K条件下被电子填充的能量的能带 导带：0K条件下未被电子填充的能量的能带 禁带：导带底与价带顶之间的区域;1.2 半导体中的电子状态和能带;周期性势场;周期性势场;周期性势场中的电子运动;自由电子;自由电子的运动; 波矢 可以用来描述自由电子的运动状态。 自由电子的波函数 满足薛定谔方程;1.2.2.1 晶体中的薛定谔方程及其解的形式;布洛赫定理;一维晶格的波函数;1. 波函数形式 相同点： 形式相似，都是平面波； 不同点：振幅与晶格同周期性变化---调幅平面波。 2. 波函数意义 自由电子：空间各点概率相同---自由运动 晶体中电子：周期性变化-----共有化运动 3. 波矢k意义一样， 描述晶体中电子的共有化运动状态。 ;1.2.2.2.布里渊区与能带;一维k空间布里渊区;面心立方晶格第一布里渊区;周期性势场中电子的能量谱值;周期性边界条件;波矢k具有量子数的作用，描述晶体中电子的共有运动化的量子状态;布里渊区与能带;1、能量不连续：k= nπ/a (n=0, ±1, ±2,…) 2、禁带出现在k=nπ/a处，即在布里渊区的边界上 3、E(k)是周期性偶函数，周期为2π/a 4、每一个布里渊区对应一个能带 5、布里渊区中的能级是准连续的 6、能隙的起因：晶体中电子波的布喇格反射 ——周期性势场的作用 ;能带图及其画法;能带图及其画法;能带图及其画法;能带图及其画法;1.2 半导体中的电子状态和能带;半导体、绝缘体和导体的能带;半导体的能带;第1章 半导体中的电子状态;1.3 半导体中电子的运动 有效质量;在导带底部，波数 ，附近 值很小，将 在 附近泰勒展开 ;令dE/dk|k=0=0，;有效质量;有效质量 ;1.3.2 半导体中电子的平均速度; ; ; ;分别代表导带底和价带顶的曲率，反映能量大小对动量变化的敏感程度 电子的加速度是半导体内部势场和外电场作用的综合效果。 有效质量概括了半导体内部势场的作用,直接把外力F和电子的加速度联系起来,使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时可以不涉及半导体内部势场的具体形式。 有效质量可以由实验测定,方便的解决了电子运动的规律。; 并不代表电子的动量，称为电子的准动量;练习1-课后习题1;Evaluation only. Created w