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Dreamerqu版主
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[交流]
看了這個終于搞清楚了什么是簡并和非簡并，本人正在學半導體物理，歡迎交流 已有9人參與
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（什么是簡并？什么是非簡并？什么時候才出現(xiàn)簡并？） 簡并（或者退化）系統(tǒng)也就是表現(xiàn)出顯著量子效應的量子系統(tǒng)，出現(xiàn)量子效應時的溫度稱為簡并溫度（退化溫度）。相反，不呈現(xiàn)量子效應的系統(tǒng)就是非簡并系統(tǒng)。 （1）電子簡并態(tài)的概念有三個方面的具體含義： ① 具有相同能量的多個態(tài)，即為簡并狀態(tài)（簡并態(tài)）。例如Si半導體的價帶頂附近處，輕空穴帶和重空穴帶重疊——簡并，則有的輕空穴態(tài)與重空穴態(tài)具有相同的能量，它們就是簡并態(tài)。 ② 電子狀態(tài)的簡并，從本質(zhì)上來說，也就意味著是量子效應起作用的情況；同時，這也就意味著是需要考慮泡里不相容原理限制的情況。 ③ 從電子按能量的分布來說，簡并載流子遵從F-D分布函數(shù)，而非簡并載流子遵從B-E分布函數(shù)。這是量子效應的直接結(jié)果。因此對于非簡并載流子可以簡單地采用經(jīng)典統(tǒng)計分布函數(shù)來討論，但是對于簡并載流子則必須采用復雜的量子統(tǒng)計分布函數(shù)來討論。其中載流子遵從經(jīng)典的Boltzmann統(tǒng)計分布的半導體就是非簡并半導體。 對于導電的載流子——自由的電子和空穴，簡并狀態(tài)的概念也同樣適用。 具有簡并狀態(tài)的載流子就是簡并載流子，相應的材料即為簡并材料。 所有金屬中載流子的狀態(tài)就具有以上三個方面的含義，因此其中的載流子都是簡并載流子，從而金屬也就必然是簡并材料。 與簡并態(tài)相反意義的狀態(tài)，就是所謂非簡并狀態(tài)，相應的載流子和材料就是非簡并載流子和非簡并材料。 （2）半導體簡并化的條件： 對于半導體，其中的載流子在以下三種情況下容易出現(xiàn)簡并： ① 載流子濃度很高。半導體中的載流子濃度越大，則當電子只占據(jù)導帶底附近的一些能級、空穴只占據(jù)價帶頂附近的一些能級時，就需要考慮泡里不相容原理的限制，即必須認為這些載流子應該遵從量子的統(tǒng)計分布——F-D分布； 一是摻雜濃度較低，半導體中的載流子濃度不大，則電子只占據(jù)導帶底附近的一些能級，空穴只占據(jù)價帶頂附近的一些能級，不需要考慮泡里不相容原理的限制，即可認為這些載流子遵從經(jīng)典的統(tǒng)計分布；例如n型半導體，當摻雜濃度很高時，導帶中的載流子——電子的濃度很大，不可能所有的電子都分布在最低的若干個能級上，這時就需要考慮泡里不相容原理的限制——一條能級上只能有自旋相反的兩個電子。這時的電子就稱為是簡并載流子，相應的半導體就稱為簡并半導體。否則，當摻雜濃度很低時，電子數(shù)量不多，則不需要考慮泡里不相容原理的限制，則為非簡并狀態(tài)。 ② 溫度較低。 溫度較高，則載流子的能量相應的較大，載流子所能夠占據(jù)的能級數(shù)目較多，這時即使半導體中有較多的載流子，但是這些載流子可以在許多能級中分布，所以也不需要考慮Pauli不相容原理的限制，因此也可以看成為經(jīng)典的載流子。 這就是說，低摻雜的半導體和較高溫度下的半導體，都可以認為是非簡并半導體。 ③ 有效質(zhì)量m*較小。 載流子的有效質(zhì)量m*較大，這種載流子的de Broglie波的波長l= h/(2m*E)1/2較短，波動性不明顯，則可看成為經(jīng)典的載流子，它們遵從經(jīng)典的統(tǒng)計分布。 總之，在三個以上條件下，載流子即容易出現(xiàn)量子特性，這時的載流子就是簡并載流子。 以簡并載流子導電為主的半導體就是簡并半導體，否則，若是以非簡并載流子導電為主的半導體就是非簡并半導體。 前兩種情況是可以人為控制的。所以，低摻雜的半導體或者高溫下的半導體，都將是非簡并半導體 |
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