光电纳米薄膜的能带结构和电学性质课件.pptx
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- 光电 纳米 薄膜 能带 结构 电学 性质 课件
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1、第四章光电纳米薄膜的能带结构和电学性质引言引言电子的输运(电子的跃迁)电子的输运(电子的跃迁)电学电学能带理论能带理论光学光学磁性磁性导体:价带是导带或等效导带导体:价带是导带或等效导带导带导带满带满带满带满带空带空带满带满带空带空带重叠重叠相连相连绝缘体:只有满带和空带,且禁带宽度较大绝缘体:只有满带和空带,且禁带宽度较大满带满带空带空带eV63gE禁带禁带例如金刚石中两个碳原例如金刚石中两个碳原子相距子相距15纳米时,纳米时,Eg=5.33电子伏。电子伏。半导体:价带是满带,但是禁带宽度较小半导体:价带是满带,但是禁带宽度较小导体、半导体、绝缘体的不同,主要是能带结构不同导体、半导体、绝缘
2、体的不同,主要是能带结构不同满带满带空带空带eV21.0gE禁带禁带)21.0(eVEg例如硅例如硅 Eg=1.14Eg=1.14电子伏,锗电子伏,锗 Eg=0.67Eg=0.67电子伏,砷化镓电子伏,砷化镓 Eg=1.43Eg=1.43电子伏。电子伏。金属导电与半导体导电的差别:金属导电的载流子是自金属导电与半导体导电的差别:金属导电的载流子是自由电子,半导体导电的载流子是导带中的电子和价带中由电子,半导体导电的载流子是导带中的电子和价带中的空穴。的空穴。能带理论能带理论能带理论是目前研究固态材料中能带理论是目前研究固态材料中电子运动的一个主电子运动的一个主要基础理论要基础理论。是在量子力学
3、规律确定以后,在用。是在量子力学规律确定以后,在用量子力学研究金属电导理论过程中发展起来的。量子力学研究金属电导理论过程中发展起来的。1、单电子近似、单电子近似复杂性起源:多体问题复杂性起源:多体问题http:/www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/Chaos/ThreeBody/ThreeBody.html体系性质体系性质价电子价电子+Born-Oppenheimer绝热近似:绝热近似:同时也被称为定核近似,它是同时也被称为定核近似,它是由奥本海默和他的导师玻恩在由奥本海默和他的导师玻恩在1927年共同提出的年共同提出的
4、。核心:核心:分子系统中核的运动与电子的运动可以分子系统中核的运动与电子的运动可以分离分离。研究。研究电电子运动的时候可以近似的认为原子核是静止不动的,而研子运动的时候可以近似的认为原子核是静止不动的,而研究原子核的运动时则不需要考虑空间中电子的分布。究原子核的运动时则不需要考虑空间中电子的分布。原子核体系:原子核体系:决定材料中声波的传波、热膨胀、晶格比热、晶格热导率决定材料中声波的传波、热膨胀、晶格比热、晶格热导率和晶格缺陷等和晶格缺陷等 体系中离子(原子)实运动由经典体系中离子(原子)实运动由经典Newton运动方程所描述运动方程所描述 周期排列的周期排列的离子(原子)离子(原子)实的行
5、为可以通过晶格动力学来实的行为可以通过晶格动力学来处理,通过声子描述其物理性质处理,通过声子描述其物理性质电子体系:电子体系的薛定谔方程决定着材料的电导率、金电子体系:电子体系的薛定谔方程决定着材料的电导率、金属的热导率、超导电性、能带结构和磁学性能等等。属的热导率、超导电性、能带结构和磁学性能等等。我们我们期望体系的期望体系的哈密顿量哈密顿量则则薛定谔方程薛定谔方程为为单电子周期势场单电子周期势场示意图示意图uHartree自洽场近似自洽场近似u密度泛函理论密度泛函理论u局局域密度近似域密度近似u准粒子近似准粒子近似能带形成的能带形成的微观解释微观解释:外层电子共有化外层电子共有化+原子结合
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