2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：回旋共振

回旋共振2024/5/172回旋共振不同的半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)不同，而且往往是各向異性的，即不同方向的波矢k，E～k關(guān)系也不同，往往很復(fù)雜。E～k關(guān)系對(duì)研究和理解半導(dǎo)體中的載流子行為至關(guān)重要。理論上尚存在困難，需要借助實(shí)驗(yàn)幫助得到準(zhǔn)確的E～k關(guān)系。這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是回旋共振實(shí)驗(yàn)。E（k）為某一定值時(shí)，對(duì)應(yīng)著許多組不同的k（即kx，ky，kz），將這些不同的k連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)封閉面，在這個(gè)面上的能值均相等，這個(gè)面就稱為等能面。2024/5/173回旋共振1.一般情況下的等能面方程晶體往往是各向異性的，使得沿不同波矢k的方向，E～k關(guān)系也不同不同方向上的電子有效質(zhì)量也往往不同能帶極值也不一定在k＝0處導(dǎo)帶底：k0，E(k0)選擇適當(dāng)坐標(biāo)軸：kx，ky，kz定義：mx*，my*，mz*為相應(yīng)方向的導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量在k0這個(gè)極值附近進(jìn)行三維泰勒展開(kāi)2024/5/174回旋共振一般情況下，等能面是橢球面2024/5/175回旋共振當(dāng)E～k關(guān)系為各向同性時(shí)，等能面為球面2024/5/176電子的準(zhǔn)動(dòng)量自由電子的真實(shí)動(dòng)量：m0v＝hk半導(dǎo)體中電子的準(zhǔn)動(dòng)量mn*v＝hk

mn*v與m0v有相同的形式，稱mn*v為準(zhǔn)動(dòng)量

mn*有質(zhì)量的量綱有效質(zhì)量與慣性質(zhì)量有質(zhì)的區(qū)別，前者隱含了晶格勢(shì)場(chǎng)的作用準(zhǔn)動(dòng)量的變化量:△kh=(k2-k1)h2024/5/177習(xí)題12024/5/178導(dǎo)電條件

有外加電壓，有載流子滿帶中的電子不導(dǎo)電雖包含電子但并未填滿的能帶才有一定的導(dǎo)電性，即不滿的能帶中的電子才可以導(dǎo)電絕對(duì)溫度為零時(shí)，純凈半導(dǎo)體的價(jià)帶被價(jià)電子填滿，導(dǎo)帶是空的不導(dǎo)電2024/5/179在一定的溫度下，價(jià)帶頂部附近有少量電子被激發(fā)到導(dǎo)帶底部附近，在外電場(chǎng)作用下，導(dǎo)帶中電子便參與導(dǎo)電。同時(shí)，價(jià)帶缺少了一些電子后也呈不滿的狀態(tài)，因而價(jià)帶電子也表現(xiàn)出具有導(dǎo)電的特性，它們的導(dǎo)電作用常用空穴導(dǎo)電來(lái)描寫(xiě)。2024/5/1710本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)對(duì)本征半導(dǎo)體，導(dǎo)帶中出現(xiàn)多少電子，價(jià)帶中就對(duì)應(yīng)出現(xiàn)多少空穴，導(dǎo)帶上電子參與導(dǎo)電，價(jià)帶上空穴也參與導(dǎo)電載流子：晶體中荷載電流（或傳導(dǎo)電流）的粒子。金屬中為電子，半導(dǎo)體中有兩種載流子即電子和空穴。

這一點(diǎn)是半導(dǎo)體同金屬的最大差異，正是由于這兩種載流子的作用，使半導(dǎo)體表現(xiàn)出許多奇異的特性，可用來(lái)制造形形色色的器件。2024/5/1711空穴的導(dǎo)電機(jī)理 價(jià)帶電子導(dǎo)電通常用空穴導(dǎo)電來(lái)描述設(shè)想價(jià)帶中一個(gè)電子激發(fā)到導(dǎo)帶，電子電流密度

J＝價(jià)帶（k狀態(tài)空出）電子總電流設(shè)想以一個(gè)電子填充到空的k狀態(tài)，

k狀態(tài)電子電流=(-q)v(k)填入這個(gè)電子后價(jià)帶又被填滿，總電流應(yīng)為零

J＋（-q）v（k）＝0因而得到J＝（＋q）v（k）說(shuō)明：當(dāng)價(jià)帶k狀態(tài)空出時(shí)，價(jià)帶電子的總電流，如同一個(gè)正電荷的粒子以k狀態(tài)電子速度v（k）運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電流。2024/5/1712把價(jià)帶中空著的狀態(tài)看成是帶正電的粒子，稱為空穴。引