2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：主要散射機(jī)制

主要散射機(jī)制2024/5/182

主要散射機(jī)制根本原因：周期性勢場被破壞（晶體偏離理想）存在微擾勢。在這種情況下，載流子的狀態(tài)發(fā)生躍遷，從而速度發(fā)生變化，就稱載流子的運(yùn)動過程中遭到散射。在晶體中，任何破壞嚴(yán)格周期勢場的因素都可以引起載流子的散射。但就象對光波的散射一樣，只有當(dāng)散射中心所產(chǎn)生的附加勢場的線度具有電子波長的量級時才能有效地散射電子。室溫下電子的波長約為100A

的數(shù)量級。電離雜質(zhì)，中性雜質(zhì)(淺能級雜質(zhì)的電子波函數(shù)擴(kuò)展范圍也較大)，位錯等對載流子都可以發(fā)生散射作用。此外晶體中的原子在其平衡位置附近不斷進(jìn)行著熱振動。晶格振動也使嚴(yán)格的周期勢場發(fā)生偏離，從而使載流子發(fā)生散射。2024/5/183

主要散射機(jī)制1.電離雜質(zhì)散射在常溫下，淺施主和淺受主雜質(zhì)大部分處于電離狀態(tài)．載流子在經(jīng)過這些雜質(zhì)中心時，將受到其庫侖引力或斥力的作用，運(yùn)動方向發(fā)生偏折。+電子空穴正電中心VeVh2024/5/184

主要散射機(jī)制施主雜質(zhì)電離后是一個帶正電的離子，受主雜質(zhì)電離后是一個帶負(fù)電的離子。在電離施主或受主周圍形成一個庫侖勢場。這一庫侖勢場局部地破壞了雜質(zhì)附近地周期性勢場，它就是使載流子散射的附加勢場。2024/5/185

主要散射機(jī)制2.晶格振動散射（聲子散射）晶體中的原子在其平衡位置附近不斷地進(jìn)行著熱振動。但在晶格中各個原子的振動并不是彼此孤立無關(guān)的。相鄰的原子之間存在著原子間作用力。振動將通過原子間的相互作用在晶體中傳播，表現(xiàn)為晶格振動波。格波同樣可以用波矢來描述。橫TA

聲學(xué)波（整體）縱LA

晶格振動波光學(xué)波（相對）橫TO

縱LO2024/5/186

主要散射機(jī)制頻率為ωq的格波的能量是量子化的。我們這個量子化的能量為聲子。根據(jù)統(tǒng)計(jì)物理，對于溫度為T時，頻率為ωq的格波的平均能量為頻率為ωq的格波的平均聲子數(shù)為2024/5/187

主要散射機(jī)制聲子是一種準(zhǔn)粒子，它具有能量和準(zhǔn)動量。電子受晶格振動的散射——電子與聲子的散射（格波）（吸收或釋放一個聲子）聲子和電子作用遵循能量守恒和準(zhǔn)動量守恒2024/5/188

主要散射機(jī)制一般具有單能谷的半導(dǎo)體中，對電子起散射作用的主要是長波，即q＝0附近的波。室溫下，電子熱運(yùn)動速度約為105m/s，對應(yīng)的波長為10-8m。所以要發(fā)生明顯的散射作用對應(yīng)的格波波長也應(yīng)該在同一數(shù)量級。長聲學(xué)波：彈性散射長光學(xué)波：非彈性散射2024/5/189主要散射機(jī)制對于長聲學(xué)波：起作用的是縱波原子位移引起原子間距的周期性變化。禁帶寬度隨原子間距變化，疏處禁帶寬度減小，密處增大。這樣在波的傳播方向上，帶邊的能量將發(fā)生周期性的起伏。對于載流子來說，這相當(dāng)于存在一附加的勢能。這種和晶格形變相聯(lián)系的附加勢稱為形變勢。這種散射就稱為聲學(xué)波形變勢散射。在Ge、Si這類非極性晶體中主要是聲學(xué)波形變勢散射起作用。2024/5/1810主要散射機(jī)制對于長光學(xué)波：起作用的是縱波如果單看其中一種等價原子，各原子的位移情況與縱聲學(xué)波相似。但由于兩種等價原子的振動方向相反，因此，在一種原子密的地方，另一種原子疏。（參看P91，圖4-10）長縱光學(xué)波散射主要發(fā)生在離子晶體中。2024/5/1811

主要散射機(jī)制量子力學(xué)微擾理論計(jì)算得出聲學(xué)波散射幾率光學(xué)波散射幾率2024/5/1812

主要散射機(jī)制3.其它散射機(jī)制(1)等價能谷間散射

q較大，ω也較大——非彈性散射低溫時不考慮(2)中性雜質(zhì)散射重?fù)诫s，低