学习半导体基本知识经常碰到的几个问题

(一)半导体中自由电子和空穴移动都是电子在运动,为什么还要分作两种载流子,它们在本质上有什么区别?半导体原子结构理论告诉我们,电子围绕原子核旋转,分布在各层轨道上,而且具有不同的能量。最外层能量最大,受原子核束缚最小,我们把这些电子称为价电子,而把他们具有能量的范围叫价电子能带(简称价带)。只有价电子受激发获取一定能量之后,它才能脱离原子核束缚,进入自由电子能带(简称导带)。这些自由电子在外电场作用下运动,可以参与导电。因它是带着负电荷运动的粒子,所以被称作载流子。而价电子由于能量低,是在受束缚状态下,按理是不能参与导电的。但是,当某价电子受激发成为自由电子,或由于掺杂的结果使共价键上形成价电子的的空位时,附近的价电子虽外于价带,在外电场作用下,可移动到这个空位上来,而在原来的地方留下新的空位。这样,空位就向价电子反方向移动了。由于价电子带负电,所以空位好象带着正电荷在移动一样。因而,我们把这种空位称作空穴,认为它带正电荷     

晶格中电子的有效质量讨论

对一般的输运过程问题把电子运动近似当作经典粒子来处理.给出了电子准经典运动的两个基本关系式.定义了有效质量张量,说明它是一个二阶对称张量,讨论了有效质量的物理意义.计算了一维弱周期场情况下的有效质量,有效质量可以是正值,也可以是负值,与电子状态及能带结构有关,在能带极值附近电子可看成具有有效质量的自由电子.     

HgTe量子点体系中的电子输运

文章为探究HgTe量子点和传统半导体量子点的性能优劣，理论上研究HgTe量子点的电子性质，利用非平衡格林函数方法，研究了两个铁磁电极之间的HgTe量子点在小偏压下的电流输运性质，并将其与传统半导体量子点进行比较。研究发现，对于HgTe量子点体态，其电子性质与输运性质与传统半导体量子点类似；对于HgTe量子点边缘态，量子点边缘处的电子可以延伸到量子点的中心，从而在小偏压下就会产生电流，导致HgTe量子点的输运性能优于传统半导体量子点。同时，输运电导会随着量子点的半径减小、温度增高而减小。     

半导体超晶格量子阱中声子运动对电子运动的影响

本文利用寝渐键荷模型研究了ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ（００１）中声子运动对电子运动的影响，导出了量子阱中计入声子影响后电子的波函数。本文的计算结果及理论对于研究超晶格半导体中的声子模及极化子的运动具有重要价值。     

半导体超晶格量子阱中声子运动对电子运动的影响

本文利用寝渐键荷（AdiabaticBOnd－Charge）模型研究了AlAs／GaAs（001）中声子运动对电子运动的影响，导出了量子阱中计入声子影响后电子的波函数．本文的计算结果及理论对于研究超晶格半导体中的声子模及极化子的运动具有重要价值．     

在半导体和金属中自由电子的统计平衡

本文从统计观点出发,讨论了单电子近似下的晶体模型。借助F—D分布在波矢k-空间计算并阐述了金属与半导体的重要的电学、热学性质。特别是对晶体中自由电子热容量问题进行了理论计算,统一了经典统计与杜隆——珀替定律的观点。提供了一些实验数字作为对理论的验证。     

量子相干性对耦合双量子点全计数统计的影响

根据有效粒子数分辨的量子主方程的方法,研究了并联耦合双量子点系统电子的全计数统计。当量子点间的隧穿耦合强度与量子点电极的耦合强度的数值接近时,量子相干性,即系统约化密度矩阵的非对角元开始对系统的电子全计数统计特性起作用。特别是,量子点之间的隧穿耦合强度相对越弱,系统约化密度矩阵的非对角元对系统的电子全计数统计影响就越加明显;同时,量子点之间的隧穿耦合强度小到一定程度时,系统约化密度矩阵的非对角元对系统的电子全计数统计影响将会趋于稳定。     

基于自旋轨道耦合效应的能带分裂机理

从理论上导出了自旋与p轨道耦合效应使能带分裂的具体表达式,阐明了能带分裂的物理机理,讨论了自旋轨道耦合效应使价带顶分裂后能带结构的特征。其结果有助于更深刻的理解自旋轨道耦合引起能带分裂的机理,对研究半导体光学选择定择、输运性质及应变量子阱中能带的分裂也提供了重要的理论基础。     

用简并微扰法计算金属晶体电子的能带分布

晶体中离子是有规则地排列的，由于相互作用，介电子不再专属某个原子，而是在晶体中作共有化运动，即电子是在周期性的势场中运动。用简并微扰法求解得到晶体中电子的能级，是由一定能量范围内准连续分布的能级组成的能带。这一结果在实验上已得到证实。     

金属电子气体在绝对零度时性质的定性讨论

利用德拜理论研究固体热容量时发现 :对于绝缘体 ,理论值与实验结果符合得很好 ;对于金属导体 ,在Ｔ >3Ｋ时 ,理论值也与实验结果符合 ,但是在Ｔ <3Ｋ时 ,理论值与实验结果有差异。可以预见 ,这个差异是由于金属中电子对热容量的贡献所引起的。本文通过数值估算讨论金属中电子在绝对零度时的性质 ,从而定性分析电子对金属热容量的贡献。根据量子统计 ,金属中电子可以看作是在恒定势阱中运动的自由电子气体 ,遵循费米分布。对于Ｔ =0Ｋ时 ,每个量子态上的平均电子数ｆ为　　　　 ｆ =1ε<μ(0 )ｆ =0ε>μ(0 )式中ε为电子的能量 ,μ(0 )为 0…     

Rashba多量子阱异质结中自旋轨道耦合效应对电子输运的影响

根据量子相干输运理论,利用传递矩阵的方法,研究自旋电子在铁磁体（F）／半导体多量子阱（SWM）／铁磁体的一维结构中,考虑自旋轨道耦合效应时的量子相干输运的特性．通过计算发现在这种一维多量子阱结构中的自旋电子的输运特性发生了一定的变化．这有利于进一步提高自旋电子的隧穿系数和自旋极化率．     

自由电子在强激光场中的运动

在强激光场中,自由电子的运动主要由激光场来支配,我们可以把自由电子看成经典的自由电子,把自由电子的运动看作完全经典的振动,用经典的方法来描述自由电子的运动图像.通过求解经典牛顿运动方程,求出自由电子运动速度的最大值,以求出相应的最大动能.     

原子物理学教学中量子理论的应用

原子物理学作为普通物理学的最后一部分,又可以看作近代物理的开始,是研究微观粒子运动的学科,描述微观粒子运动的理论是量子理论。因此,原子物理学教学中必须应用量子理论。     

蛋白石光子晶体能带结构分析中的Mie散射理论研究

根据Mie散射理论和低浓度近似下,对在红外区高折射率半导体材料作为散射体的蛋白石及反蛋白石能带结构进行了理论研究,发现在浓度为10%,折射率比值大于3.8,无吸收状态下,此类晶体将出现两个能带.同时为此类晶体的能带结构研究提供了一个比较理想的处理方法.     

电子体系量子跃迁的规律

原子物理学中定性的叙述①：孤立的光子不能转变为一对电子，因为动量和能量守恒定律不能同时得到满足。因而产生电子偶必须在另一个粒子附近，那么入射光子照射真空中的自由电子能否吸收光子而产生跃迁呢？本文首先依据量子力学的微扰跃迁理论导出电子体系量子跃迁的规律，然后回答上述问题。１．电子体系量子跃迁的规律处在辐射场中的一个电子体系，在非相对论量子力学中哈密顿量具有如下形式：式中ｐ为电子的正则动量，Ｕ为电子所处的势场，对于真空中的自由电子Ｕ＝０，Ａ和Φ分别是辐射场的矢势和标势，对于纯辐射场，可选取适当的规范…     

半导体量子点的电子结构与其吸收峰波长的移动

半导体量子点一直是材料物理研究的热点,澄清其光吸收的物理机制至关重要。本文从半导体量子点的奇异电子特性和紫外可见吸收光谱原理出发探讨了影响其吸收峰位变化的原因以及凝聚态理论在该方面的研究进展,期望它们在今后的试验工作中能提供定性或定量的理论指导。     

电子运动速度研究

用半经典物理学的方法讨论了电子运动的4种速度及4种速度对应的电子运动的4种不同的运动形态,并对电子运动4种形态的物理机制做了讨论,得到了4种运动对应不同的能态形态的结论;简单地讨论了能带理论在解决超导电性理论问题方面的缺陷。     

关于催化反应吸附作用的探讨

本文就金属晶体结构,半导体(过渡金属氧化物)能带理论以及固体的酸碱结构来研究催化过程中的吸附问题。     

980nm激光器有源区的设计与分析

有源区设计是半导体激光器设计的核心部分,其材料、参数的选择将直接决定激光器的最终属性,而有源区设计的关键之处在于其能带结构分析。利用四带模型和固体模型理论可研究量子阱有源区的价带色散关系,进而推算出增益谱、透明载流子浓度等重要参数。本文针对GaAs基980nm激光器有源区的InGaAs／GaAsP应变补偿量子阱和InCaAs／GaAs普通应变量子阱结构进行理论分析比较。分析结果表明,应变补偿量子阱具有带阶大,峰值增益高,波长漂移速度更低和透明载流子浓度更低等优势,这意味着采用该有源区结构的激光器将有更优越的光电性质。     

极低温度下金属中的自由电子对热容量的影响

在极低温度下,金属中自由电子的热容量不能忽略,考虑到自由电子气体应当遵从量子统计的费米分布,温度为T时处在能量为ε的一个量子态上的平均电子数为f=1/((ε-μ/ekT) 1)且我们知道在体积V内,在ε-ε dε的能量范围内自由电子可能的状态数为D(ε)dε=4πV/h3(2 m)3/2ε1/2dε,所以在体