固体物理学 - 第5章 3.ppt

《固 体 物 理》 ;第五章 固体电子论基础;5.4.1 固体能带理论基础 5.4.2 能带结构 5.4.3 宏观电导率及与温度的相关性;5.4.1 固体能带理论基础 5.4.2 能带结构 5.4.3 宏观电导率及与温度的相关性;5.4.1 固体能带理论基础;几种近似计算方法;? 结果分析讨论 ;2) 禁带出现在波矢空间倒格矢的中点处;3) 禁带的宽度;自由电子的能谱是抛物线型;能带的宽度记作?E ，数量级为 ?E～eV。; 晶体中的一个电子只能处在某个能带中的某一能级上。;5.4.1 固体能带理论基础 5.4.2 能带结构 5.4.3 宏观电导率及与温度的相关性;能带结构;能带理论; 有关能带被占据情况的几个名词：; 满带中的电子对导电的贡献;无外场作用时;电子受到的作用力;虽然只有部分状态被电子填充，但波矢为 K的状态和波矢为-K的状态中电子的速度大小相等、方向相反，对电流的贡献相互抵消。;导带中只有部分状态被电子填充，外场的作用会使布里渊区的状态分布发生变化;划分原则;金属的能带结构;金属的能带结构; 在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体定向流动形成电流。;绝缘体的能带结构;半导体的能带结构;半导体的能带结构;;绝缘体;能带理论;d壳层电子填充不满d态(5重简并)形成晶体时相互重叠较小;能带理论;固体能带理论基础 能带结构 宏观电导率及与温度的相关性;第五章 固体电子论基础;基本思路;基本思路;研究思路;研究思路;研究思路;多粒子体系的简化;离子实体系;晶格动力学;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;电子体系;第五章 固体电子论基础;电子运动的性质 ;电子运动的性质 ;一个K态的布氏电子在晶体中的运动速度等于它在空间表象点的能量梯度的 倍。; 外场可以是外加电场、磁场、掺入晶体的杂质的势场等。Bloach描述的是平衡状态下电子运动的状况，在外场作用下该平衡态就被打破，引起电子运动状态的变化（例电子统计分布的变化）。 ;由能量守衡定律可知： ;与经典公式相比：;电子在外场中的加速度及有效质量;电子在外场中的加速度及有效质量;一维情况：;电子运动的性质;相关知识;相关知识;相关知识;相关知识;相关知识;霍尔效应及光学性能;霍尔效应及光学性能; p型半导体是以价带空穴导电，n型半导体是以导带电子导电，分别可看成带正电的载流子和带负电的载流子。则在电场和磁场的共同作用下，它们分别有如下的运动形式： ;vx为电子迁移速度 ;当为p型半导体时，q为正值，n取为np，则 当为n型半导体时，q为负值，n取为ne，则; 霍尔效应的讨论;霍尔系数的正负;对霍尔系数出现正，负的简单理论解释;对霍尔系数出现正，负的简单理论解释;对霍尔系数出现正，负的简单理论解释;霍尔系数的实验测定;霍尔系数的补充说明;量子霍耳效应: 1980年德国物理学家克立钦(K.Von Klitzing)在低温(1.5K)和强磁场(19T)条件下，发现:;光吸收：光在电介质中传播时强度衰减的现象;直接带隙半导体中,涉及声子发射和吸收的间接跃迁也可能发生。主要是涉及光学声子，发射声子过程，吸收应发生在直接跃迁吸收限短波一侧。吸收声子过程发生在吸收限长波一侧，可使直接跃迁吸收边不是陡峭地下降为零 间接禁带半导体中，仍可能发生直接跃迁 重掺杂半导体（如n型），Ef进入导带，低温时，Ef以下能级被电子占据，价带电子只能跃迁到Ef以上的状态，因而本征吸收长波限蓝移，即伯斯坦移动(Burstein-Moss效应) 强电场作用下，能带倾斜，小于Eg的光子可通过光子诱导的隧道效应发生本征跃迁，既本征吸收长波限红移，即弗朗兹-克尔德什（Franz-Keldysh）效应; 比本征吸收限波长还长的光子也能被吸收：激子吸收、自由载流子吸收和杂质吸收; 激子的运动：分为两部分： 类似于氢原子中电子与质子在相互库仑引力作用下的运动 忽略质心运动，由类氢模型，得激子能量（激子能级与导带底的距离）为：;低温时才能观察到,第一个吸收峰对应光子能量为Eg-︱Eex1, n值更大，激子能级准连续，与本征吸收合并，室温下，激子吸收峰完全被抹掉;子带间跃迁：吸收谱的精细结构;占据杂质能级的电子或空穴的跃迁所引起的光吸收 中性杂质吸收——（a）、（b） 电离杂质吸收——（c）、（d）;远红外区，光子与晶格振动的相互作用引起的光吸收 红外高频光波电场——激发长光学波振动——电偶极矩 离子晶体，极性半导体较显著；元素半导体，较弱;光照射半导体，使其电导率改变的现象为光电导效应。 包括以下过程信息：光吸收；载流子激发与迁移，复合与陷阱效应 （1）本征光电导：本