Ich versuche, Kittel für ein Projekt zu lesen, und er erwähnt die Eigenschaften von Silizium und Germanium so kurz, dass ich es überhaupt nicht verstehe. Er spricht von p-Zuständen, und ich weiß nicht wirklich, was das bedeutet. Ich habe Quantenmechanik genommen, aber ich verstehe nicht, was eigentlich gesagt wird. Ich hoffe, jemand mit Erfahrung im Solid-State-Bereich könnte diesen Absatz in etwas Verdaulicheres umschreiben, hier geht's.
Die Leitungs- und Valenzbänder von Germanium sind in Abb. 14 gezeigt, basierend auf einer Kombination aus theoretischen und experimentellen Ergebnissen. Die Valenzbandkante liegt sowohl bei Si als auch bei Ge bei k = 0 und wird daraus abgeleitet Und Zustände der freien Atome, wie aus der strengen Näherung (Kapitel 9) an die Wellenfunktionen hervorgeht. Der Ebene ist vierfach entartet wie im Atom; die vier Zustände entsprechen Werte Und . Der Ebene ist doppelt entartet, mit Werte .Der Zustände sind höhere Energie als die Zustände; die Energiedifferenz ist ein Maß für die Spin-Bahn-Wechselwirkung. Die Valenzbandkanten sind nicht einfach. Löcher in der Nähe der Bandkante sind durch zwei wirksame Massen gekennzeichnet, leichte und schwere. Diese entstehen durch die beiden daraus gebildeten Bänder Ebene des Atoms. Es gibt auch eine Band, die aus der gebildet wird Ebene, abgespalten von der Ebene durch die Spin-Bahn-Wechselwirkung.
Ich verstehe es einfach nicht. Was sind das für Zustände? Ich habe mir Germanium angesehen, es sieht so aus, als hätte die äußere Schale vier Elektronen. Anscheinend befinden sich zwei im S-Orbital und zwei weitere im P-Orbital. Wenn ich diese beiden in drei Behälter stecke, gibt es sechs Möglichkeiten, richtig? (1,1), (2,2), (3,3), (1,2), (1,3), (2,3). Ist das überhaupt relevant? Ich verstehe immer noch nicht, was die p-Zustände bedeuten. Kann das jemand erklären und wie kommt die Spin-Bahn-Kopplung dazu?
Diese Antwort stammt aus Harrisons "Electronic Structure and the Properties of Solids".
Stellen Sie sich vor, Sie beginnen mit einer Halbleiterprobe, in der die Atome viel weiter voneinander entfernt sind als in Wirklichkeit. Wie Sie bemerken, gibt es jeweils 4 Valenzelektronen (Si und Ge), von denen 2 die füllen -Zustände und die anderen 2 füllen teilweise die 6 verfügbaren -Zustände, also sind 4 der 8 möglichen Wertigkeitszustände besetzt. Für diese High-Z-Atome ist die -Zustände Energie liegt weit unter der -Zustände'. Jedes Atom in der Probe hat die gleichen Zustände, und es gibt keine Wechselwirkung zwischen den Atomen, sodass die Energieniveaus in der Probe diskret und stark entartet sind.
Reduzieren Sie nun den Gitterabstand, sodass eine Wechselwirkung zwischen Atomen stattfindet. Der Und Zustände sind jetzt keine Energie-Eigenzustände mehr, aber die Bezeichnungen werden immer noch als Etiketten für die Energieniveaus verwendet. Die zunächst diskrete (und stark entartete) Und Energieniveaus verbreitern sich in Bänder, mit dem Ganzen Band und das untere Drittel der Band zunächst besetzt. (Diese teilweise Füllung ist charakteristisch für ein Metall.) Die Energiedifferenz zwischen der Spitze der Band und der Unterseite der Band fällt mit dem Gitterabstand.
In einigem Abstand, die Spitze der -Band überquert die Oberseite des besetzten Teils der -Band, und es öffnet sich eine Energielücke zwischen 4 besetzten Bindungsbändern (Valenzbändern) und 4 unbesetzten Antibindungsbändern (Leitungsbändern). (Die hohe Symmetrie des Gitters ist der Schlüssel zu diesem Übergang.) (Für einen Halbleiter ist die Lücke klein, in der Größenordnung von 1 eV.)
Schließlich trennt die Spin-Bahn-Wechselwirkung die Oberseite von zwei Und Valenzbänder bei , die sonst gleich wären. Dieser Abstand beträgt 0,29 eV in Ge (wie in der Figur angegeben).
Nun, Sie sagen, Sie brauchen Hilfe beim Verständnis der Halbleiterphysik.
Aber das Detailmaterial, das Sie bereitstellen, könnte besser als "Festkörperphysik" beschrieben werden. da es für Halbleitergeräte nicht besonders deutsch ist (Wortspiel beabsichtigt). Das Material spricht über die im Wesentlichen intrinsischen Eigenschaften von Germanium- oder Siliziummaterialien und sagt so ziemlich nichts über die Dotierung solcher Materialien aus; die für die Physik von Halbleiterbauelementen von grundlegender Bedeutung ist.
Ich kann Ihnen nicht helfen, das spezifische Material, das Sie zitieren, zu enträtseln; kommt mir wie Quantenmechanik vor; ABER wenn Sie wirklich etwas über die Physik von Halbleitergeräten lernen möchten, würde ich das Buch von Dr. Andrew Grove (ehemaliger Präsident von Intel Corp.) wärmstens empfehlen.
"Physik und Technologie von Halbleiterbauelementen"
Ich schätze mich glücklich, meine Halbleiterphysik von Dr. Grove (bei Fairchild Corp) gelernt zu haben, und ich würde sein Buch jedem empfehlen, der sich für dieses Gebiet interessiert.
Walczyk