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monkey169金蟲 (小有名氣)
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[交流]
【求助】弱問關(guān)于半導(dǎo)體價(jià)帶劈裂的問題
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| 我們都知道很多半導(dǎo)體在價(jià)帶頂因有效質(zhì)量不同而劈裂為重空穴態(tài)和輕空穴態(tài),為什么會出現(xiàn)這種情況,而導(dǎo)帶底的電子并不劈裂為輕電子態(tài)和重電子態(tài),其物理的本質(zhì)是什么啊,是什么物理意義蘊(yùn)含其中,有容易理解的模型嗎,熱切期盼各位大大給予解答,謝謝了 |
第一原理/固體物理基礎(chǔ)理論知識 |
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其實(shí)出現(xiàn)所謂的“重空穴態(tài)和輕空穴態(tài)”是由于能帶簡并造成的。以硅為例,如果我沒記錯(cuò)的話,硅在伽馬點(diǎn)的能帶在考慮自旋后是4重簡并的(不考慮自旋軌道耦合那條帶),當(dāng)離開伽馬點(diǎn)后,能帶分裂成兩個(gè)。由于這兩個(gè)帶在伽馬點(diǎn)處二階微商不同,所以處在這兩條價(jià)帶頂附近的空穴的有效質(zhì)量不同。 對于硅的導(dǎo)帶,由于不存在簡并,所以“導(dǎo)帶底的電子并不劈裂為輕電子態(tài)和重電子態(tài)”,只能處在一種狀態(tài)。 |
金蟲 (小有名氣)
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導(dǎo)帶的簡并度取決兩個(gè)方面,一是體系所滿足的空間群對稱性,簡單的說,由空間群的不可約表示可以確定體系在某個(gè)K點(diǎn)是否有簡并,以及簡并的程度。至于這種簡并是否出現(xiàn),跟具體的電子結(jié)構(gòu)還有關(guān)。其實(shí),體系的布洛赫波就是荷載其對稱性群不可約表示的基矢,或者說,按照體系的某個(gè)不可約表示變換。要注意的是,如果牽涉到自旋軌道耦合的能帶,要考慮體系的雙群表示。 關(guān)于空間群跟能帶簡并度的關(guān)系,以及點(diǎn)群與分子或團(tuán)簇能級簡并度的關(guān)系,在群論上是非常成熟的理論,有著很系統(tǒng)的論述。 |
金蟲 (小有名氣)
| 看了上面的討論受益匪淺。本人認(rèn)為你們所討論的導(dǎo)帶和價(jià)帶,一般指的是導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂,也就是所說的伽馬點(diǎn)。導(dǎo)帶和價(jià)帶的定義是:在一系列能帶中,最上面的滿帶是價(jià)帶,一系列的導(dǎo)帶中,最下面的能帶是導(dǎo)帶。由簡單的模型可以分析,半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶只有很少的電子,而價(jià)帶只有很少的空穴,所以第一,不會出現(xiàn)樓主所說的價(jià)帶頂少量電子狀態(tài)的出現(xiàn)。第二,從大多數(shù)半導(dǎo)體材料來說,一般都沒有出現(xiàn)價(jià)帶和導(dǎo)帶交疊的情況,所以能級還是比較清晰的,也就是說,由于導(dǎo)帶的電子很少,而一般我們關(guān)注的都是處于此導(dǎo)帶能量最低的地方,也就是伽馬點(diǎn),而此處的波函數(shù)對稱性很高,近似可以認(rèn)為是球形,一般就是我們所說的s態(tài),沒有簡并度的,而價(jià)帶則處于P態(tài),具有三重簡并度。以上所說是泛泛說的,一般半導(dǎo)體材料是可以這么近似認(rèn)為的,但是也有電子導(dǎo)帶簡并的情況,例如常見的硅材料,它是要進(jìn)行sp3雜化,所以導(dǎo)帶電子是四重簡并,而價(jià)帶空穴是一樣的。即使是這種情況,在實(shí)際計(jì)算處理中,導(dǎo)帶電子的有效質(zhì)量也是一般按照不變使用的,原因就是能帶變化對其影響很小。而價(jià)帶頂?shù)目昭ㄓ捎谑翘幱谀軒е凶罡唿c(diǎn),能級復(fù)雜,因此要考慮復(fù)雜情況。但是很多情況下一些材料的計(jì)算也為了簡化,只是考慮了重空穴的情況,這樣就大大減少計(jì)算強(qiáng)度了。 |
金蟲 (小有名氣)
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