第六章半导体电子论演示文稿.ppt

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优选第六章半导体电子论
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导带
价带
{
一般温度下,导带底有少量电子,价带顶有少量空穴,半导体的导电就是依靠导带底的少量电子或价带顶的少量空穴
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一、半导体的带隙
1、本征光吸收与本征吸收边
光照激发价带的电子到导带,形成电子-空穴对,这个过程称为本征光吸收
本征光吸收光子能量满足
或
可见存在长波限:
本征吸收边
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2、本征吸收边附近的两种光跃迁
:导带底和价带顶在k空间相同点
e
0
k
跃迁:
必须满足:
能量守恒
准动量守恒
光子动量
讨论本征吸收边时光子动量可略去:
k=k’
在能带图中初末态在几乎同一条直线上,所以称为竖直跃迁
导带边
价带边
直接带隙
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:导带底和价带顶在k空间不同点
e
0
k
导带边
价带边
能量守恒
电子能量差=光子能量(略去声子能量)
准动量守恒(略去光子动量)
*非竖直跃迁中光子主要提供跃迁所需要的能量,而声子则主要提供跃迁所需要的准动量
*非竖直跃迁是一个二级过程,发生几率较竖直跃迁要小得多
导带底和价带顶处在k空间同一点的半导体称为直接带隙半导体
导带底和价带顶处在k空间不同点的半导体称为简接带隙半导体
间接带隙
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3、电子-空穴对复合发光
导带中的电子跃迁到价带空能级而发射光子的过程,称为电子-空穴对复合发光
*一般情况下电子集中在导带底,空穴集中在价带顶,
发射光子的能量基本上等于带隙宽度。
*在直接带隙半导体中这种发光几率远大于间接带隙
半导体
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二、带边有效质量
1、有效质量
导带底附近的电子有效质量和价带顶附近的空穴
有效质量是半导体能带的基本参数
2、微扰方法计算非简并能带有效质量,在极值
点附近,E(k)做Taylor展开:
Bloch波满足波动方程
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由
可得Bloch函数的周期部分满足的普遍方程
微扰计算:用已知某处的解求得另一个k处的解
(1)对极值点的情况,
k=0(点)满足
在k=0附近可把作为零级近似,把作为微扰,对非简并
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从而得到有效质量
(2)对极值点的情况,类似可得
3、微扰方法计算非简并能带有效质量
当极值点能带简并的情况,要采用相应的简并微扰算法,基本精神是相同的(例如,价带顶的轻、重空穴带)
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