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Dreamerqu

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专业: 半导体材料

[交流] 看了这个终于搞清楚了什么是简并和非简并，本人正在学半导体物理，欢迎交流已有9人参与

（什么是简并？什么是非简并？什么时候才出现简并？）

简并（或者退化）系统也就是表现出显著量子效应的量子系统，出现量子效应时的温度称为简并温度（退化温度）。相反，不呈现量子效应的系统就是非简并系统。
（1）电子简并态的概念有三个方面的具体含义：
① 具有相同能量的多个态，即为简并状态（简并态）。例如Si半导体的价带顶附近处，轻空穴带和重空穴带重叠——简并，则有的轻空穴态与重空穴态具有相同的能量，它们就是简并态。
② 电子状态的简并，从本质上来说，也就意味着是量子效应起作用的情况；同时，这也就意味着是需要考虑泡里不相容原理限制的情况。
③ 从电子按能量的分布来说，简并载流子遵从F-D分布函数，而非简并载流子遵从B-E分布函数。这是量子效应的直接结果。因此对于非简并载流子可以简单地采用经典统计分布函数来讨论，但是对于简并载流子则必须采用复杂的量子统计分布函数来讨论。其中载流子遵从经典的Boltzmann统计分布的半导体就是非简并半导体。

对于导电的载流子——自由的电子和空穴，简并状态的概念也同样适用。

具有简并状态的载流子就是简并载流子，相应的材料即为简并材料。

所有金属中载流子的状态就具有以上三个方面的含义，因此其中的载流子都是简并载流子，从而金属也就必然是简并材料。

与简并态相反意义的状态，就是所谓非简并状态，相应的载流子和材料就是非简并载流子和非简并材料。

（2）半导体简并化的条件：

对于半导体，其中的载流子在以下三种情况下容易出现简并：

① 载流子浓度很高。半导体中的载流子浓度越大，则当电子只占据导带底附近的一些能级、空穴只占据价带顶附近的一些能级时，就需要考虑泡里不相容原理的限制，即必须认为这些载流子应该遵从量子的统计分布——F-D分布；

一是掺杂浓度较低，半导体中的载流子浓度不大，则电子只占据导带底附近的一些能级，空穴只占据价带顶附近的一些能级，不需要考虑泡里不相容原理的限制，即可认为这些载流子遵从经典的统计分布；例如n型半导体，当掺杂浓度很高时，导带中的载流子——电子的浓度很大，不可能所有的电子都分布在最低的若干个能级上，这时就需要考虑泡里不相容原理的限制——一条能级上只能有自旋相反的两个电子。这时的电子就称为是简并载流子，相应的半导体就称为简并半导体。否则，当掺杂浓度很低时，电子数量不多，则不需要考虑泡里不相容原理的限制，则为非简并状态。

② 温度较低。

温度较高，则载流子的能量相应的较大，载流子所能够占据的能级数目较多，这时即使半导体中有较多的载流子，但是这些载流子可以在许多能级中分布，所以也不需要考虑Pauli不相容原理的限制，因此也可以看成为经典的载流子。

这就是说，低掺杂的半导体和较高温度下的半导体，都可以认为是非简并半导体。

③ 有效质量m*较小。

载流子的有效质量m*较大，这种载流子的de Broglie波的波长l= h/(2m*E)1/2较短，波动性不明显，则可看成为经典的载流子，它们遵从经典的统计分布。

总之，在三个以上条件下，载流子即容易出现量子特性，这时的载流子就是简并载流子。

以简并载流子导电为主的半导体就是简并半导体，否则，若是以非简并载流子导电为主的半导体就是非简并半导体。

前两种情况是可以人为控制的。所以，低掺杂的半导体或者高温下的半导体，都将是非简并半导体

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