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第一章 半导体中的电子状态 第一章 Part 1 第一章 Part 1 1.1 半导体中的电子状态和能带 1.2 半导体中的电子运动、有效质量 1.3 半导体的导电机构、空穴 1.4 载流子的回旋共 1.5 常见半导体的能带结构 1.1 半导体中的电子状态和能带 一、原子中电子的状态和能级 电子的运动服从量子力学，处于一系列特定的运动状态 —— 量子态，要完全描述原子中一个电子的状态，需要四个量子数 n— 主量子数, 表征量子态具有的能量大小，n=1,2,3… L— 角量子数, 表征电子运动的角动量大小，L=0,1,2…(n-1) m—磁量子数, 决定轨道角动量在空间的方位，m=0,1,-1,2,-2…L,-L s— 自旋量子数, 决定自旋角动量在空间的方位，s=1/2,-1/2 一、原子中电子的状态和能级 能级 电子壳层 一、原子中电子的状态和能级 3 2 3d 5(0,1,2) 10 18 1 3p 3(0,1) 6 0 3s 1(0) 2 2 1 2p 3(0,1) 6 8 0 2s 1(0) 2 1 0 1s 1(0) 2 2 N 主壳层 L 支壳层 M的取 (S)考虑 电子 值个数 自旋 总数 泡利不相容原理 2 2 6 2 2 Si: 1S 2S 2P 3S 3P 能量最低原理 一、原子中电子的状态和能级 在单个原子中，电子状态的特点是 总是局限在原子和周围的局部化量子态， 其能级取一系列分立值。 二、晶体中能带的形成 1、两个原子的情况 相距很远时，相互作用忽略不计 原子逐渐靠近，外层轨道发生电子的共有化运动 能级分裂 二、晶体中能带的形成 能级为什么会分裂？ 当原子聚集形成晶体时，不能改变量子态的总数 没有相同的量子态 二、晶体中能带的形成 2、N个原子的情况 N个原子相距很远时，相互作用忽略不计。 N个原子逐渐靠近，最外层电子首先发生共有化运动， 每一个能级分裂成N个相距很近的能级， 形成一个准连续的能带。 N个原子继续靠近，次外壳层电子也开始相互反应， 能级分裂成能带。