2013固体物理总复习.ppt

半导体（semiconductor）的能带结构 本征半导体是指纯净的半导体，导电性能在导体与绝缘体之间。 ?Eg=0.1?2eV E 空带（导带） 满带 禁带 本征半导体 所以加热、光照、加电场都能把电子从满带激到发空带中去，同时在满带中形成 “空穴”（hole）。 半导体的禁带宽度ΔEg 很窄（0.1 ～2eV）， 十、空穴 近满带中电子集体运动的一种等价描述，空穴可以看成是： 一个带正电荷e，具有正的有效质量 ，速度v (k)的粒子。 空穴和晶体电子一样，都能荷载电流而导电， 它们都是载流子；也是准粒子 晶体中导电的粒子至少有两种： （1）晶体电子；（2）空穴. 本章要求： 能带论的基本假设和周期场模型； Bloch定理和Bloch函数的物理含义； 平面波法、紧束缚法推演能带； 能带的图示法； 有效质量； 导体、半导体和绝缘体的解释； 空穴 近自由电子模型、主要结果及适用的对象，给定简单的周期场，求出近自由电子的能隙； 紧束缚近似模型、主要结果（波函数和能量本征值）及适用的对象，会利用紧束缚近似的结果求出简单晶体一维；简单二维；简单三维如简单立方、面心立方、体心立方等结构的s态电子的能带表达式E(k)及能带的宽度； 电子能带的对称性及其来源，给定晶体结构，会求出沿给定对称轴自由电子能量最低的前几条曲线的表达式，画出En(0)(k)－k曲线的示意图，并标出各能量曲线的简并度； 能态密度的一般表达式，给定E(k)函数，求出相应的能态密度及特殊形状等能面的能态密度； 近自由电子的费米面，费米面的构造步骤与修正依据； 给定晶体结构和电子浓度（即平均每个原子贡献的价电子数），求相应自由电子的费米半径kF，画出相应的近自由电子在简约区中各能带的费米面图形； 简约区的内切球（圆）k1和外接球（圆）半径k2及其相应的饱和电子浓度（即饱和电子－原子比）。 电子/空穴的速度；加速度；动量；有效质量；受力等 Thank you for your attentions! * * * * * * * * * * * * * * 位错的产生：晶体的制备与加工过程中引 入位错 位错的增殖：L型位错源和U型位错源 金属中位错的存在是造成金属的强度远低于其理论值的最主要原因 本章要求： 晶格缺陷的基本类型（点缺陷、线缺陷和面缺陷等）; 热缺陷、热缺陷的平衡数目及热缺陷的运动； 晶体中原子的扩散（本质：原子无规的布朗运动），扩散系数的测定、扩散系数与温度的关系，扩散的微观机制（空位机制和间隙原子机制）及主要适用范围； 离子导电性； 位错（刃位错和螺位错），位错的定义， 位错的滑移，位错密度，位错的产生与增殖 位错与金属强度的关系。 第五章 金属电子论 一、特鲁德经典电子气模型 原子实+电子云=自由电子气 电子气的浓度n 电子的经典半径rs 特鲁德模型的成功与失败 成功说明： 1．金属的直流电导 2．金属电子的平均自由时间和平均自由程 不能说明： 金属的比热；霍尔系数、磁化率等 二、索末菲自由电子气模型 电子遵循费米—狄拉克统计分布； 忽略电子—原子实相互作用以及电子—电子相互作用，只考虑一个电子在晶格平均场和其它电子的平均场中运动 费米能级EF -T = 0时被电子占据的最高能级 费米面-电子的占据态和未占据态的分界面 对于自由电子系统，还有 费米动量 、 费米速度 ， 费米温度 。 对于普通金属，大约有： kF≈108 cm-1，EF≈2～10 eV， vF≈108cm/s，TF ≈104～105K。 三、能态密度 单位能量间隔内的电子状态数量 单位体积自由电子的能态密度g（E）为： E越大，g(E)也越大，能级就越密。 第五章 金属电子论 四、自由电子气的比热 在低温下，声子气比热按T3下降。 当T≈10K时，声子气比热会小于电子气比热 低温下，金属的总比热为： 第五章 金属电子论