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monkey169

金虫 (小有名气)

[交流] 【求助】弱问关于半导体价带劈裂的问题

我们都知道很多半导体在价带顶因有效质量不同而劈裂为重空穴态和轻空穴态,为什么会出现这种情况,而导带底的电子并不劈裂为轻电子态和重电子态,其物理的本质是什么啊,是什么物理意义蕴含其中,有容易理解的模型吗,热切期盼各位大大给予解答,谢谢了
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bdtlyh

铜虫 (小有名气)

看了上面的讨论受益匪浅。本人认为你们所讨论的导带和价带,一般指的是导带底和价带顶,也就是所说的伽马点。导带和价带的定义是:在一系列能带中,最上面的满带是价带,一系列的导带中,最下面的能带是导带。由简单的模型可以分析,半导体材料导带只有很少的电子,而价带只有很少的空穴,所以第一,不会出现楼主所说的价带顶少量电子状态的出现。第二,从大多数半导体材料来说,一般都没有出现价带和导带交叠的情况,所以能级还是比较清晰的,也就是说,由于导带的电子很少,而一般我们关注的都是处于此导带能量最低的地方,也就是伽马点,而此处的波函数对称性很高,近似可以认为是球形,一般就是我们所说的s态,没有简并度的,而价带则处于P态,具有三重简并度。以上所说是泛泛说的,一般半导体材料是可以这么近似认为的,但是也有电子导带简并的情况,例如常见的硅材料,它是要进行sp3杂化,所以导带电子是四重简并,而价带空穴是一样的。即使是这种情况,在实际计算处理中,导带电子的有效质量也是一般按照不变使用的,原因就是能带变化对其影响很小。而价带顶的空穴由于是处于能带中最高点,能级复杂,因此要考虑复杂情况。但是很多情况下一些材料的计算也为了简化,只是考虑了重空穴的情况,这样就大大减少计算强度了。
6楼2009-04-13 05:03:55
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yzcluster

金虫 (著名写手)

小木虫扫盲人

★ ★ ★
musi429(金币+3,VIP+0):多谢交流~ 4-8 07:36
其实出现所谓的“重空穴态和轻空穴态”是由于能带简并造成的。以硅为例,如果我没记错的话,硅在伽马点的能带在考虑自旋后是4重简并的(不考虑自旋轨道耦合那条带),当离开伽马点后,能带分裂成两个。由于这两个带在伽马点处二阶微商不同,所以处在这两条价带顶附近的空穴的有效质量不同。
对于硅的导带,由于不存在简并,所以“导带底的电子并不劈裂为轻电子态和重电子态”,只能处在一种状态。
2楼2009-04-08 00:17:25
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monkey169

金虫 (小有名气)


dawnlight(金币+1,VIP+0):3x,感谢分享~ 4-8 09:30
导带不出现简并是由于能量状态少,尚为不满带的缘故吗,所以不会发生简并,还是由于其他的原因呢,同样对于价带顶如有少量电子的话,能级是否简并呢,非常感谢你的帮助。
3楼2009-04-08 09:11:28
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yzcluster

金虫 (著名写手)

小木虫扫盲人

导带的简并度取决两个方面,一是体系所满足的空间群对称性,简单的说,由空间群的不可约表示可以确定体系在某个K点是否有简并,以及简并的程度。至于这种简并是否出现,跟具体的电子结构还有关。其实,体系的布洛赫波就是荷载其对称性群不可约表示的基矢,或者说,按照体系的某个不可约表示变换。要注意的是,如果牵涉到自旋轨道耦合的能带,要考虑体系的双群表示。
关于空间群跟能带简并度的关系,以及点群与分子或团簇能级简并度的关系,在群论上是非常成熟的理论,有着很系统的论述。
4楼2009-04-08 09:36:27
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