资源简介

(共11张PPT)
回旋共振实验
测量Si材料的回旋共振吸收：
如果等能面是球面，由以上讨论可知，改变磁场方向时只能观察到一个吸收峰。但对n型Si、Ge的回旋共振吸收实验发现，当磁感应强度相对于晶轴有不同取向时，得到为数不等的吸收峰。
a、若B沿<111>晶轴方向，只能观察到一个吸收峰；
b、若B沿<110>晶轴方向，可以观察到两个吸收峰；
c、若B沿<100>晶轴方向，可以观察到两个吸收峰；
d、若B对晶轴任意取向时，可以观察到三个吸收峰。
显然，这些结果不能从等能面是各向同性的假设得到解释。如果认为Si导带底附近等能面是沿 方向的旋转椭球面，椭球长轴与该方向重合，就可以很好地解释上面的实验结果。即，其导带最小值不在k＝0处，而在 方向上。根据Si晶体立方对称性，也必有同样的能量在 ,
的方向上，如下图所示：
Si导带等能面示意图
B相对于k空间坐标轴的取向
导带(conduction band)：
沿<100>BZ内部一点上有一个极小值，该点距BZ中心约为0.8kx，由Si的立方对称性可知，在六个彼此对称的<100>方向上都有极小值存在，导带极小值又称为能谷, 即Si的导带有6个能谷。
[100]方向能谷附近的电子能量为:
一、Si的能带结构
图3.17
kx
Ec：导带底能量；
：[100]方向的有效质量 纵向有效质量；
：垂直[100]方向的有效质量 横向有效质量；
Si能谷附近的等能面为旋转椭球，旋转主轴为<100>
等能面为复杂的扭曲面，通常可近似用两个球形等能面代替。
对应的有效质量分别为重空穴和轻空穴有效质量，记为：
第三个能带是由于自旋－轨道耦合分裂出来的，极大值也在k=0处，与上面的两个能带比，能量降低了△≈0.04eV，其等能面接近于球形，空穴有效质量(mp)3≈0.245m0
价带(valence band)：三个能带
两个能带在k=0处有相同极大值，二重简并。
上面的能带曲率小，因而空穴的有效质量大，称为重空穴带；
下面的能带曲率大，因而空穴的有效质量小，称为轻空穴带；
一、Si的能带结构
图3.17
kx
禁带宽度Eg：(energy band gap)
☆ 导带底和价带顶发生在k空间的不同k值处，具有这种类型能带的半导体称为间接带隙半导体。
☆ 300K时，Si的Eg＝1.12 eV；
导带：
极小值在[111]方向BZ边界上，即L点。根据对称性，共有8个极小值。但关于原点对称的极小值彼此间相差一个倒格矢，代表同一个状态，因此为4个能谷。
等能面：旋转主轴为<111>轴的旋转椭球。
二、Ge的能带结构
图3.17(b)
价带：
三个能带，与Si相似。
两个简并在k＝0处；
一个由于自旋－轨道耦合分裂出去。
二、Ge的能带结构
图3.17(b)
Ge的Eg：间接带隙半导体
☆ 300K时，Ge的Eg＝0.67 eV；
三、GaAs的能带结构
导带：
极小值位于 点(k＝0处)，等能面为球面， 。
此外在L点、X点还各有一个极小值,有效质量分别为0.55m0，0.85m0；
室温下， 、L、X三个极小值与价带顶的能量差分别为：1.424eV, 1.078eV, 1.900eV。
在强电场作用下，电子可由k=0的能谷转移到<100>能谷，
产生转移电子效应。
价带：三个能带，与Si、Ge相似；
重空穴带稍偏离BZ中心。 。
GaAs的Eg：直接带隙半导体
☆ 300K时，GaAs的Eg＝1.424 eV；

展开更多......

收起↑