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固体物理中一些名词的解释

第一篇：固体物理中一些名词的解释声子声子就是“晶格振动的简正模能量量子。”英文是phonon。在固体物理学的概念中，结晶态固体中的原子或分子是按一定的规律排列在晶格上的。在晶体中，原子间有相互作用，原子并非是静止的，它们总是围绕着其平衡位置在作不断的振动。另一方面，这些原子又通过其间的相互作用力而连系在一起，即它们各自的振动不是彼此独立的。原子之间的相互作用力一般可以很好地近似为弹性力。形象地讲，若把原子比作小球的话，整个晶体犹如由许多规则排列的小球构成，而小球之间又彼此由弹簧连接起来一般，从而每个原子的振动都要牵动周围的原子，使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种振动在理论上可以认为是一系列基本的振动（即简正振动）的叠加。当原子振动的振幅与原子间距的比值很小时（这在一般情况下总是固体中在定量上高度正确的原子运动图象），如果我们在原子振动的势能展开式中只取到平方项的话（这即所谓的简谐近似），那么，这些组成晶体中弹性波的各个基本的简正振动就是彼此独立的。换句话说，每一种简正振动模式实际上就是一种具有特定的频率ν、波长λ和一定传播方向的弹性波，整个系统也就相当于由一系列相互独立的谐振子构成。在经典理论中，这些谐振子的能量将是连续的，但按照量子力学，它们的能量则必须是量子化的，只能取hω的整数倍，即En=（n+1/2）hν（其中1/2hν为零点能）。这样，相应的能态En就可以认为是由n个能量为hν的“激发量子”相加而成。而这种量子化了的弹性波的最小单位就叫声子。声子是一种元激发。因此，声子用来描述晶格的简谐振动，是固体理论中很重要的一个概念。声子是简谐近似下的产物，如果振动太剧烈，超过小振动的范围，那么晶格振动就要用非简谐振动理论描述。声子并不是一个真正的粒子，声子可以产生和消灭，有相互作用的声子数不守恒，声子动量的守恒律也不同于一般的粒子，并且声子不能脱离固体存在。声子只是格波激发的量子，在多体理论中称为集体振荡的元激发或准粒子。声子的化学势为零，属于玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。声子本身并不具有物理动量，但是携带有准动量，并具有能量。1.单电子近似：假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。2.电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动。3.电子在晶体内的共有化运动：电子可以从晶胞中某一点自由地运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动，称为„„（电子在晶体各元胞对应点出现的几率相同）4.有效质量：并不代表真正的质量，而是代表能带中电子受外力时，外力与加速度的一个比例系数5.空穴是一种准粒子，代表半导体近满带（价带）中的少量空态，相当于具有正的电子电荷和正的有效质量的粒子，描述了近满带中大量电子的运动行为。6.回旋共振半导体中的电子在恒定磁场中受洛仑兹力作用将作回旋运动，此时在半导体上再加垂直于磁场的交变磁场，当交变磁场的频率等于电子的回旋频率时，发生强烈的共振吸收现象，称为回旋共振。7.直接带隙半导体导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中同一位置。电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。8.间接带隙半导体：导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。9.施主杂质：特点：未电离时是中性的，称为束缚态或中性态，电离后成为正电中心，称为离化态。作用：在纯净半导体中掺入施主杂质，杂质电离后，导带中的导电电子增多，增强了半导体的导电能力。N型V族。10.受主杂质：特点：未电离时是中性的，称为束缚态或中性态，电离后成为负电中心，称为受主离化态。作用：在纯净半导体中掺入受主杂质，杂质电离后，使价带中的导电空穴增多，增强了半导体的导电能力。P型III族。11.深能级杂质：（重金属杂质）作用：主要是产生复合中心，减短非平衡（少数）载流子寿命；特点：一是不容易电离，对载流子浓度影响不大。二是一般会产生多重能级，甚至既产生施主能级也产生受主能级。三是能起到复合中心作用，使少数载流子寿命降低。四是深能级杂质电离后以为带电中心，对载流子起散射作用，使载流子迁移率减小，导电性能下降。12.浅能级杂质：（施主和受主杂质）作用：主要是提供载流子。这两种杂质都将散射载流子，可使迁移率下降。特点：由于它的电离能很小，在常温下就全部电离，所以在半导体中可利用杂质电离提供电子n型制成半导体或空穴制成p型半导体。电导率-----描述材料导电性质的物理量。半导体中载流子遵从欧姆定律时，电流密度正比于电场强度，其比例系数即为电导率。电导率大小与载流子浓度，载流子的迁移率有关。从微观