2022-2023学年高二物理竞赛课件：硅和锗的能带结构

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硅和锗的能带结构

通过改变磁场的方向，回旋共振可以得出一系列有效质量m*，进而可以求出mx*,my*,mz*

一个磁场方向应该只对应一个吸收峰一、硅的导带结构1、B沿[111]晶轴方向，只能观察到1吸收峰；2、B沿[110]晶轴方向，可以观察到2吸收峰；3、B沿[100]晶轴方向，可以观察到2吸收峰；4、B沿任意晶轴取向可以观察到3个吸收峰。n型硅中有效质量的测量结果[100]

假定导带底附近是等能面沿[100]方向的旋转椭球，则可以合理的解释实验结果，这种模型的导带最小值不在k空间原点，而在[100]方向上;

根据硅晶体立方对称性的要求，必有同样的能量在[-100],[010],[0-10],[001],[00-1]方向上，共6个旋转椭球面.

等能面不是各向同性的；磁场B的方向是参照真实晶体空间

面心立方的常用晶胞是个立方体

倒易点阵空间的常用晶胞也是个立方体磁场B的方向也可参照晶体k空间二、硅的能带结构三、锗的能带结构GaAs的能带结构Eg负温度系数特性：

dEg/dT=-3.95×10-4eV/KEg（300K）=1.428eV

Eg(0K)=1.522eV

直接带隙半导体：导带底和价带顶发生在k空间的同一点。~0.29eV

导带极小值发生在k=0，在极小值附近的等能面是球形——电子的有效质量是各向同性的。

在<111>方向存在极小值，比k=0的极小值高0.29eV

当E-k关系是各向同性时

等能面是球形回旋共振

各向同性晶体设圆周运动的半径圆周运动的向心加速度圆周运动的角频率圆周运动的向心力

各向异性晶体等能面是椭球面，有效质量是各向异性的，沿kx,ky,k

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