半导体物理课件 .pptVIP

对于给定半导体是个定值导带底：E(k)E(0)，电子有效质量为正值能带越窄，k=0处的曲率越小，二次微商就小，有效质量就越大定义能带底电子有效质量（具有质量的单位）1.3半导体中的电子的运动有效质量2第30页，共66页，星期日，2025年，2月5日价带顶：E(k)E(0)，电子有效质量为负值1.3半导体中的电子的运动有效质量3价带顶的有效质量第31页，共66页，星期日，2025年，2月5日二、半导体中电子的平均速度电子在周期性势场中的运动，用平均速度，即群速度来描述群速度是介质中能量的传输速度布洛赫定理说明电子的运动可以看作是很多行波的叠加，它们可以叠加为波包；而波包的群速就是电子的平均速度。波包由一个特定波矢k附近的诸波函数组成，则波包群速Vg为能带极值附近的电子速度正负与有效质量正负有关1.3半导体中的电子的运动有效质量4电子能量第32页，共66页，星期日，2025年，2月5日三、半导体中电子的加速度当半导体上存在外加电场的时候，需要考虑电子同时在周期性势场中和外电场中的运动规律考虑dt时间内外电场|E|对电子的做功过程1.3半导体中的电子的运动有效质量5加速度第33页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.3半导体中的电子的运动有效质量6定义电子的有效质量引进有效质量的概念后，电子在外电场作用下的表现和自由电子相似，都符合牛顿第二定律描述第34页，共66页，星期日，2025年，2月5日四、有效质量的意义1.3半导体中的电子的运动有效质量7半导体中的电子需要同时响应内部势场和外加场的作用，有效质量概括了半导体内部势场对电子的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用。还可以由实验直接测定并不代表电子的动量，称为电子的准动量E-k关系至关重要第35页，共66页，星期日，2025年，2月5日第一章半导体中的电子状态练习1-课后习题1m0为电子惯性质量，k1=1/2a;a=0.314nm。试求：（1）禁带宽度；（2）导带底电子有效质量；（3）价带顶电子有效质量；（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。1.设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值附近能量Ec(k)和价带极大值附近能量Ev(k)分别为：第36页，共66页，星期日，2025年，2月5日第一章半导体中的电子状态第37页，共66页，星期日，2025年，2月5日第一章半导体中的电子状态第38页，共66页，星期日，2025年，2月5日第一章半导体中的电子状态练习2-课后习题22.晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m和107V/m的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。第39页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.4本征半导体的导电机构空穴1满带中的电子不能导电高纯半导体在绝对零度时导带是空的，并且由一个能隙Eg与充满电子的价带隔开。当温度升高时，电子由价带被热激发至导带。导带中的电子和留在价带中的空轨道二者都对电导率有贡献。空穴第40页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.4本征半导体的导电机构空穴2满带中的电子即使加外电场也不能导电所有电子的波矢都以相同的速率向左运动，但满带的结果是合速度为零。外加电场E第41页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.4本征半导体的导电机构空穴3若满带中有一个电子逸出，出现一个空状态，情况如何？所有电子的波矢都以相同的速率向左运动外加电场E空状态和电子k状态的变化相同第42页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.4本征半导体的导电机构空穴4等效成一个带正电荷的粒子以k状态电子速度运动时产生的电流通常把价带中空着的状态看成是带正电的粒子，称为空穴求解电流密度J假设用一个电子填充空状态k，它对应的电流为但满带情况下电流应为零因为价带有个空状态，所以外加电场下存在电流第43页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.4本征半导体的导电机构空穴5空穴不仅带有正电荷+q，而且还具有正的有效质量mp*似乎描述了一个带正电荷+q，具有正有效质量m