《半導(dǎo)體光電子學(xué)》1.2半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)

第二節(jié)半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)編輯ppt1.自由空間電子運動狀態(tài)滿足薛定諤方程

在K的量子狀態(tài)中,電子E取確定值編輯ppt2.半導(dǎo)體中電子運動狀態(tài)與能帶①共有化運動(電子在整個晶體運動,為整個晶體共有)a.相同能級之間運動3s-3s2p-2p相同殼層交疊

b.外層電子易于產(chǎn)生共有化運動

c.有自由電子和束縛電子的特點編輯ppt②共有化運動電子波函數(shù)

受到周期性排列的原子作用,具有晶格周期性。若勢能具有周期性則

（表示原子束縛特性,有自由電子特性）

--------布洛赫定理。編輯ppt③倒格子采用基矢組,格子的格矢是一個基本的布拉伐格子→正格子引用一個新的布拉伐格子→倒格子。描述倒格子的倒格矢編輯ppt

倒空間也可稱為K空間(差2π倍)編輯ppt

④布里淵區(qū)電子能帶結(jié)構(gòu)E(k)在倒空間具有周期性，為了尋找電子的獨立狀態(tài)需把倒空間劃分成一些周期性重復(fù)單元——布里淵區(qū)——原點與所有倒格點連線的中垂面，這些里面劃分成一些區(qū)域。

編輯ppt3.半導(dǎo)體晶體中電子與能帶當(dāng)N個原子靠近結(jié)合成晶體后，電子軌道共有，能帶級分裂成能帶（受原子間作用，微擾）編輯ppt①一維周期場中電子運動勢場零級近似波動方程解:

由周期邊界條件得由微擾理論解波動方程：周期勢場微擾，函數(shù)將在為處斷開，能量突變?yōu)橐幌盗袔椋壕庉媝pt帶中取值是十分密集的。自由粒子波函數(shù)取值是沒有限制的，所以一般可分解為，簡約波矢。（內(nèi)的波矢）——簡約布里淵區(qū)由微擾理論解得電子波函數(shù)波函數(shù)因而,的外的,改變倍數(shù),落于編輯ppt自由電子因晶體是有限→每一能帶k值為多值

k＝（l/Na）2π→對應(yīng)Ｅ多值，十分密度A.一維晶體代表電子共有運動態(tài)的k值有N個，均勻分布在大小簡約布里淵內(nèi)。B.在布里淵區(qū)里,E是k的多值函數(shù)

…編輯ppt

②內(nèi)層能級分裂成窄能帶，電子殼層交迭少（共有運動弱）外層能級分裂成寬能帶，共有運動顯著，以致近鄰能帶可能重疊。編輯ppt④能帶中出現(xiàn)允許帶和禁帶⑤允許帶中所包含的分裂小能級數(shù)與半導(dǎo)體晶體原子密度N相同；N變大，則能級密度程度變大。⑥能級分裂成能帶后，電子可能的運動狀態(tài)保持不變。電子填充能帶兩條原理。

a.包利不相容原理b.能量最小原理.⑦不同的材料，能帶結(jié)構(gòu)僅僅與材料與環(huán)境溫度有關(guān)編輯ppt⑧導(dǎo)帶與價帶價帶：由價電子填充的最高能帶稱為價帶。價帶上的能帶基本是空的.

導(dǎo)帶：最低的一個空帶常稱為導(dǎo)帶編輯ppt⑨有效質(zhì)量在自由空間電子能量在晶體中，E~K關(guān)系十分復(fù)雜，只考慮在能帶底(頂)部,一階倒數(shù)為零：

由微擾理論寫成和自由電子能量類似形式如同電子運動的質(zhì)量,稱為電子的有效質(zhì)量。定義為電子的有效質(zhì)量編輯ppt

導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量為正值,在價帶頂附近,電子有效質(zhì)量m*為負,空穴有效質(zhì)量mp*為正值編輯ppt⑩電子與空穴

編輯ppt11.在恒定電場作用下電子的運動

電子準(zhǔn)經(jīng)典運動的公式：

以一維緊束縛近似的結(jié)果為例：

編輯ppt編輯ppt

一.滿帶電子不導(dǎo)電

每一個電子有，但總的二.近滿帶設(shè)只缺少一個電子，此時電流為Ⅰ，當(dāng)放入一個電子編輯ppt12.半導(dǎo)體一個Ⅴ族原子摻入硅中，向硅體提供一個電子，形成帶正電中心，這種雜質(zhì)為施主雜質(zhì)，在禁帶中引入施主能級增加了導(dǎo)帶中一個電子，靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體叫n型半導(dǎo)體。一個Ⅲ族原子摻入硅中，從硅中接受一個電子，形成負電中心，產(chǎn)生一個空穴，這種雜質(zhì)為受主雜質(zhì)，在禁帶中心引入受主能級，增加了價帶中一個空穴，靠價帶空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體叫p型半導(dǎo)體。編輯ppt編輯ppt

13.淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算上述兩類雜質(zhì)，電離能很低，可以利用類氫模型來計算雜質(zhì)的電離能。硅，鍺摻入Ⅴ族雜質(zhì)（p）→p