2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体中的电子状态

半导体中的电子状态 半导体中的电子状态 晶体结构与共价键 金刚石型结构 闪锌矿型结构 纤锌矿型结构 氯化钠型结构 半导体物理 能级与能带 电子在原子核势场和 其他电子作用下分列 在不同能级 相邻原子壳 层形成交叠 原子相互接近 形成晶体 共有化运动 共有化运动：由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动 只有外层电子共有化运动最显著 半导体物理 能级分裂 半导体物理 能带形成 满带或价带 导带 半导体物理 半导体中电子状态和能带 晶体中的电子 VS 自由电子 Difference? 严格周期性重复排列的原子间运动 恒定为零的势场中运动 单电子近似：晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场 以及其他大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期变化的， 并且它的周期与晶格周期相同。 半导体物理 半导体中的电子运动 半导体中E(k)与k的关系 电子速度与能量关系 电子有效质量 半导体物理 有效质量的意义： f a 1、概括了半导体内部势场的作用 2、a是半导体内部势场和外电场作用的综合效果 3、直接将外力与电子加速度联系起来 半导体物理 常见半导体能带结构 直接带隙：砷化镓 间接带隙：硅、锗 半导体物理 半导体中的杂质 所处位置不同：替位式杂质、间隙式杂质 所处能级不同：施主杂质、受主杂质 施放电子而产生导电电子并形成正电中心 接受电子成 为负电中心 半导体物理 状态密度 状态密度：能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。 状态密度的计算：为简单起见，考虑等能面为球面的情况 推导过程书上P51 半导体物理 费米能级与分布函数 费米分布函数：（描述热平衡状态下，电子在允许的量子态上如何分布） T=0K时， 若E<EF，则f (E)=1 若E>EF，则f (E)=0 标志了电子填充能级的水平 E-EF>>k0T ？ 半导体物理 $