材料导论 第六章.pdfVIP

第六章输运现象 在理想的完整晶体里的电子，是处在严格的周期 在晶格振动中我们得到了在简谐近似下，其集体运 性势场中，用波矢k标志它们的运动状态。电 动可以很好地用声子的语言描述。 子在晶体中的运动如同在一个周期性的势场中 在能带论中，我们讨论了在理想周期排列的静止离 运动一样，状态的变化服从以下规律： 子实阵列中的电子，电子作为准经典粒子，占据 dk 能带中用布洛赫波函数描述的单电子态。 F dt 本章首先介绍金属电子论的内容，然后进一步讨论 其中F是外力，当F=0 时，dk/dt=0 ，说明晶体电子 在电场和磁场的作用下，金属中的电子和半导体 在某时刻处于k态，就将永远保持在这个状态 中电子和空穴的运动引起各种电荷输运现象，这 中，其能量、速度均不会发生变化。因而电子 些现象是研究晶体基本特性和内部机构的重要方 的速度v(k)也是不变的。这表明电子与离子实 面。主要讨论的是在弱电、磁场下，晶体中的电 不会发生碰撞。这是量子力学的结果，与经典 荷输运问题。 的结论是绝然不同的。 固体物理第六章 固体物理第六章 但在实际晶体中存在各种晶格缺陷，晶格原子本 从理论上研究载流子输运现象的方法有两类，一类是 身也在不断地振动，它们都会势晶体中的势场 经典或半经典的；另一类是量子的。 偏离理想的周期性势场，这相当于在严格的周 期性势场上叠加了附加的势场。这种附加势场 经典方法中又可分成两种，一种是将载流子在布洛赫 可以使在状态k 的载流子有一定的几率跃迁到 态中的平均速度作为它们的速度，将载流子看作是 其它状态k ，也就是说，原来以速度v(k)运动的 具有一定速度v(k) 、有效质量m* 的准经典粒子，求 载流子，改变为以v(k)运动，这种附加的势场 解准经典粒子在外场作用下的运动方程。 引起的载流子状态的改变就是载流子散射。 在外场和散射两种作用下的运动，在相继两次散射之 在有外界电场和磁场存在的情况下，在晶体中将 间的自由时间内，载流子被外场加速，使它们获得 有电流流动，计算电流密度是讨论电荷输运现 沿着外场作用力方向的附加速度。经过一段时间的 象的中心环节，解决这个问题可以有不同的途 加速运动后，载流子又被散射，这将使它们失去获 径。 得的附加速度，恢复到无规则运动状态。 固体物理第六章 固体物理第六章 考虑载流子经历的多次散射，求出平均漂移速度以