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固体物理学术论文报告

固体物理学术论文报告固体物理学术论文报告学生

姓名：

肖方琪学号：

学院：

计算机与信息工程学院专业年级：

09级电子科学与技术一班题目：

论半导体量子尺寸效应对其能带的影响指导教师：

周慧英老师评阅教师：

周慧英老师2011年5月论半导体量子尺寸效应对其能带

的影响摘要：

首先我们通过对半导体尺寸效应的研究，我们理解到，量子

尺寸效应--是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附

近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。

而半导体量子尺寸效应则是半导体粒子尺寸下降到某一

数值时对半导体的能带的影响。

因此通过此种方法我们能真正阐述半导体量子尺寸对其

能带的影响，论证了半导体量子尺寸效应对能带中的价带导

带的中电子受激发跃迁，从而影响晶体的性质的作用，因此，

我们得出半导体量子尺寸效应对能带的影响主要通过影响

各能带上电子的运动而实现。

关键词：

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量子尺寸效应，能带，半导。

量子尺寸效应：

当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能

级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不

连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能

级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

早在20世纪60年代，久保（Kubo）采用一电子模型求得

金属纳米晶粒的能级间距δ为：

δ=4Er/3N式中：

Ef为费米势能，N为粒子中的总电子数。

该式指出能级的平均间距与组成粒子中的自由电子总数

成反比。

能带理论表明，金属费米能级附近电子能级一般是连续

的，这一点只有在高温或宏观尺寸情况下才成立。

对于只有有限个导电电子的超微粒子来说，低温下能级是

离散的，对于宏观物质包含无限个原子（即导电电子数

N→∞），由上式可得能级间距δ→0，即对大粒子或宏观物体

能级间距几乎为零；而对纳米粒子，所包含原子数有限，N

值很小，这就导致δ有一定的值，即能级间距发生分裂。

当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量

或超导态的凝聚能时，必须考虑量子尺寸效应。

量子尺寸效应会导致纳米粒子磁、光、声、热、电以及超

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导电性与宏观特性有着显著不同。

同时处于分立的量子化能级中的电子的波动性给纳米粒

子带来一系列特殊性质，如高的光学非线性，特异的催化和

光催化性、强氧化性和还原性等。

量子效应是在超低温等某些特殊条件下，由大量粒子组成

的宏观系统呈现出的整体量子现象。

根据量子理论的波粒二象性学说，微观实物粒子会象光波

水波一样，具有干涉、衍射等波动特征，形成物质波（或称

德布罗意波）。

但日常所见的宏观物体，虽然是由服从这种量子力学规律

的微观粒子组成，但由于其空间尺度远远大于这些微观粒子

的德布罗意波长，微观粒子量子特性由于统计平均的结果而

被掩盖了。

因此，在通常的条件下，宏观物体整体上并不出现量子效

应。

然而，在低温降低或粒子密度变大等特殊条件下，宏观物

体的个体组分会相干地结合起来，通过长程关联或