电子在电场和磁场中的运动02幻灯片课件.ppt

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1、电子在电场和磁场中的运动02电子运动在实空间中的描述——电子在实空间中运动的振荡能带的倾斜外电场对电子能量本征值附加的能量—电场E沿–x方向电子运动的振荡t=0电子由带底A点经过B点到达C点——k=0到k=/a的运动——在C点电子遇到带隙，相对于存在一个位垒，电子将被全部反射回来，电子由C点经过B点回到A点——k=-/a到k=0的运动——两个能带的情形中，电子在实空间的运动振荡——电子在运动的过程中，由于受到声子、杂质和缺陷的散射（碰撞），相邻两次散射之间的平均时间间隔为电子的平均自由运动时间：——如果很小，电子来不及完成振荡运动就被散射破坏了——>>1——振荡圆频率

2、观察电子运动振荡的条件振荡圆频率如果a0.3nm,10-13s，则E>2×107V/m——在金属中无法实现，对于绝缘体早已被击穿——另外还有隧穿效应§5.3导体、绝缘体和半导体的能带论解释——问题的提出导体的电阻率半导体的电阻率绝缘体的电阻率——所有固体都包含大量的电子，但电子的导电性却相差非常大1.满带中的电子对导电的贡献电子能量是波矢的偶函数——状态和状态中电子的速度大小相等、方向相反波矢为的电子的速度波矢为的电子的速度1)在无外场时每个电子产生的电流——对电流的贡献相互抵消热平衡状态下，电子占据波矢为的状态和占据波矢为的状态的几率相等——晶体中的满带在无外场时，不产生电

3、流——状态和状态中电子的速度大小相等、方向相反2)在有外场作用时电子受到的作用力电子动量的变化——所有电子状态以相同的速度沿着电场的反方向运动——满带的情形中，电子的运动不改变布里渊区中电子的分布,满带中的电子不产生宏观的电流A’状态与A状态为同一状态。2.半满带中的电子对导电的贡献1)无外场存在时——虽然只有部分状态被电子填充，但波矢为的状态和波矢为的状态中电子的速度大小相等、方向相反，对电流的贡献相互抵消——热平衡状态下，电子占据两个状态的几率相等——晶体中的半满带在无外场作用时，不产生电流2)在有外场作用时——半满带中只有部分状态被电子填充，外场的作用会使布里渊区的状态分布发

4、生变化——所有的电子状态以相同的速度沿着电场的反方向运动，但由于能带是不满带，逆电场方向上运动的电子较多——在外场作用下，半满带中的电子产生电流导体、半导体、绝缘体模型导带—部分被电子填充的能带，对导电起作用。价带—缺少了电子的满带，从而导致一定的导电性。绝缘体——原子中的电子是满壳层分布的，价电子刚好填满了许可的能带，形成满带，导带和价带之间存在一个很宽的禁带，在一般情况下，价带之上的能带没有电子导体——在一系列能带中除了电子填充满的能带以外，还有部分被电子填充的能带—导带，后者起着导电作用——在电场的作用下没有电流产生半导体(Si：14、Ge：32)：禁带宽度较窄，约~2eV以

5、下——依靠热激发即可以将满带中的电子激发到导带中，因而具有导电能力3.价带和空穴价带——满带中的少数电子受热或光激发从满带跃迁到空带中去，使原来的满带变为近满带设想近满带中只有一个态没有电子在电场的作用下，近满带产生的电流为近满带中所有电子对电流的贡献，总电流如果在空的中放入一个电子，近满带变为满带，总的电流为零空穴——描述价带的导电性价带的总电流相当于一个带正电q的粒子，在空状态中速度所引起的当满带顶附近有空状态时，整个能带中的电流以及电流在外电场中的变化相当于一个带正电q，具有正质量m*、速度的粒子，这样一个假想的粒子——空穴固体中导带底部少量电子引起的导电——电子导电性固

6、体中满带顶部缺少一些电子引起的导电——空穴导电性——满带中的少量电子激发到导带中，产生的本征导电是由相同数目的电子和空穴构成的——混合导电性本章小结1、波包的概念各种布洛赫波（电子波函数）的叠加，波包的幅值的平方表示电子在空间上出现的概率。只有波包的尺度（波长）远大于原胞的尺度，电子在晶体中的运动才可以当作准经典粒子处理。2、电子的速度，准动量，有效质量有效质量为什么为负？周期性的势场包含在里面。3、满带是不导电的，半满带在电场的作用下是导电的4、导体、半导体、绝缘体模型5、导带，价带，空穴当满带顶附近有空状态时，整个能带中的电流以及电流在外电场中的变化相当于一个带正电q，具有正质

7、量m*、速度的粒子，这样一个假想的粒子——空穴导带—部分被电子填充的能带，对导电起作用。价带—缺少了电子的满带，从而导致一定的导电性。一、已知某一维晶体的某一能带结构为，其中为晶格常数。试求：1.能带宽度2.电子的平均速度3.在带顶和带底的电子有效质量二、在同一张图中画出电子的E(k)~K关系，V（k）~K关系，m*(k)~k关系。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢