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超晶格负微分电导
目录
耿氏效应
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超晶格负微分电导
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隧道二极管负微分电导
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孤子（光孤子）
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耿氏效应
耿氏效应（Gunn effect）是 1963年，由耿氏(J．B．Gunn) 发现的一种效应。当高于临界值的恒定直流电压加到一小块N型砷化镓相对面的接触电极上时，便产生微波振荡。在N型砷化镓薄片的二端制作良好的欧姆接触电极，并加上直流电压使产生的电场超过 3kV/cm时，由于砷化镓的特殊性质就会产生电流振荡，其频率可达10^9Hz，这就是耿氏二极管。这种在半导体本体内产生高频电流的现象称为耿氏效应。
谷间电子转移
倒格子
晶格结构回顾
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第一布里渊区（W-S原胞）
GaAs能带结构
单晶体中电子速度和有效质量
单晶体中电子的速度和有效质量可以从E、k关系求得。简单情况和自由电子相类似
实际单晶体是各向异性的，能带结构非常复杂，有效质量的倒数是一个张量。
张量：一个物理量如果必须用n阶方阵描述，且满足某几种特定的运算规则（也就是说，这方阵通过这几种运算后得到的结果是规则指出的），则这个方阵描述的物理量称为张量。
GaAs的两种能谷有效质量
由前面的公式可知道：
砷化镓导带最低能谷1位于布里渊区中心，在布里渊区边界L处还有一个能谷2，它比能谷1高出0。29ev。当温度不太高时，电场不太强时，导带电子大部分位于能谷1。能谷1曲率大，电子有效质量小。能谷2曲率小，电子有效质量大 。由于能谷2有效质量大，所以能谷2的电子迁移率比能谷1的电子迁移率小。
负微分电导现象
由于导带两个能量差远大于电子热运动能，因此初始状态为n1集中于中心能谷，当电场为F时电流密度为：
对体系加入强电场，使得电子温度大幅度提高于是向卫星能谷分布
负微分电导现象
虽然随着n2的增大，J2的数值会进一步增大，但是由于n1+n2=n ，且卫星能谷的电子漂移速率远小于中心能谷，所以总量J随着F的增大而减小当F进一步增大，所有电子基本上都已转移到卫星能谷，总电流为
此后电子迁移速率随着电场增大线性增大。
耿氏电场畴
由于负微分电导特性，一个较强的电场意味着电子的速度较小，因此，积累层的前沿出现电子的耗尽，同时在积累层的后沿出现，形成了电场强度分布不均的状态
整个样品中的电场分布，分为偶极层的强场区和样品其余部分的弱场区，其中偶极层强场区称为电场畴。
超晶格的负微分电导现象
微带运输：电子被较大的电场驱入负的有效质量区，电子的漂移速度随外电场的增大而减小，出现微分电导现象。
级联隧穿：源于相邻阱束缚态能级之间的级联共振隧穿。
微带：超晶格势垒区较薄时，阱中量子化的孤立能级相互耦合而成微带结构。微带有载流子公有化运动。超晶格布里渊区小，带宽小，呈现一系列新现象
隧道二极管负微分电导
费米能级分别进入导带和价带，为强简并情形（高掺杂情况）
在重掺杂pn结中，势垒很薄而且势垒高度约等于禁带宽度。
费米能级
最后一个费米子占据着的量子态 即可粗略理解为费米能级。 虽然严格来说，费米能级等于费米子系统在趋于绝对零度时的化学势；但是在半导体物理和电子学领域中，费米能级则经常被当做电子或空穴化学势的代名词。
孤子
1834年，英国造船工程师罗素观察到一个奇妙的现象：由两匹马拉着的一只船在窄河道中急速行驶，当船突然停止时，有一圆滑的、轮廓分明的孤立突起波形离开船头继续前进，并保持形状不变。称之为“孤立波”。
1895年，科特维格和德夫瑞斯为解释一维浅水水波建立一个非线性微分方程，称为KdV方程，该方程有一个解刚好对应于罗素所看到的孤立波。
1965年，扎布斯基和克鲁斯卡尔发表论文，发现两个孤立波碰撞前后波形和速度都保持不变，说明孤立波有明显的粒子性，并由此提出“孤立子”一词。
孤子与孤立波
孤立波 solitary wave
从波动观点看，孤立波是传播过程中保持自身形态不变的定域化的波。并且两个孤立波碰撞前后波形和速度都保持不变。
孤立子 soliton
从粒子观点看，孤立子是能量被集中在有限时间和空间的孤立波。并且两个孤立子间发生碰撞，碰撞后它们各自的能量不会随时间扩散，保持着原来的速度和形状。
光孤子的产生
波在传播中往往存在色散现象，色散主要由材料的性质决定。一个线性波动由于在介质中传播时存在色散，所以该波动是不稳定的。
只有当在波动中存在非线性会聚时，如果色散和会聚两种作用出现某种平衡，才会出现波形稳定的孤立波。
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