第3章 载流子输运现象02.
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第三章电荷输运现象输运现象也称为迁移现象。
输运现象讨论的是在电场、磁场、温度场等作用下电荷和能量的输运问题。
研究输运现象具有广泛的实际意义。
通过输运现象的研究可以了解载流子与晶格和晶格缺陷相互作用的性质。
理论上,这是一个涉及内容相当广泛的非平衡统计问题。
在这一章我们的讨论将仅限于在电场和磁场的作用下半导体中电子和空穴的运动所引起的电荷输运现象,例如电导和霍尔效应。
理想的完整晶体中的电子,处在严格的周期性势场中。
如果没有其它因素(晶格振动、缺陷和杂质等),电子将保持其状态k 不变,因而电子的速度()k v也将是不变的。
就是说,理想晶格并不散射载流子。
这是量子力学的结果,是经典理论所不能理解的。
但在实际晶体中存在着各种晶格缺陷,晶体原子本身也在不断地振动,这些都会使晶体中的势场偏离理想的周期性势场,相当于在严格的周期性势场上迭加了附加的势场。
这种附加的势场可以使处在状态k 的电子有一定的几率跃迁到其它状态k'。
也可以说是使原来的以速度()k v 运动的电子改变为以速度()k v '运动。
这种由附加的势场引起载流子状态的改变就叫做载流子的散射。
散射使载流子做无规则的运动,它导致热平衡状态的确立。
在热平衡状态下,由于向各个方向运动的载流子都存在,它们对电流的贡献彼此抵消,所以半导体中没有电流流动。
不难想象,在有电场、磁场等外力场作用时,外场将和散射共同决定电荷输运的规律。
载流子散射的机构有很多,其中晶格振动散射比其它各种散射更为基本。
这是因为晶格振动是晶体本身所固有的。
尤其是在高温下,晶格散射会占支配地位。
因此,在介绍晶格振动散射之前,有必要先介绍晶格振动的有关知识。
3.1格波与声子一.格波晶体中的原子并不是固定不动的,而是相对于自己的平衡位置进行热振动。
由于原子之间的相互作用,每个原子的振动不是彼此无关的,而是一个原子的振动要依次传给其它原子。
晶体中这种原子振动的传播称为格波。
理论分析给出,晶体中每个格波可以用一个简正振动来表示。