半导体中的杂质能级

分析了杂质原子在半导体中的成键情况,我们在一般能带波函数中混入部分分子型局域波函数,从而得到带有修正项的有效质量方程。在简单能带结构情况下,我们讨论了电离能与原子性质的关系,及由浅能级向深能级的转化。进而分析了由于Ge、Si中导带各极值所产生的谷轨道分裂。对浅能级,由于键间相互作用,电离能可以有相对较大的修正,但波函数却变化很小,这与电子自旋共振超精细结构的实验结果一致。 关键词：     

能带理论的进展

引言一、能带的形成 1.周期性势场中电子的波函数 2.电子的加速度与速度二、能带计算的主要方法 1.紧束缚法 2.原胞法 3.正交化平面波法三、和能带结构有关的物理性质 1.回旋共振 a.半导体的迴旋共振 b.金属的迴旋共振 2.电流磁效应 a.n型锗和硅 b.p型锗和硅 3.磁化率 a.晶体中电子的磁化率 b.半导体的磁化率 c.底哈斯,凡阿尔芬效应 4.反常的趋肤效应参考文献     

半导体电子态理论简介(Ⅰ)

随着半导体技术和实验手段的发展,半导体理论也相应地得到了发展.早在六十年代,回旋共振和磁光吸收以及半导体浅杂质研究的同时,产生了半导体有效质量理论[1,2].它不仅弄清了半导体能带结构的细节(如导带极小的位置,价带形状的各向异性,有效质量等等),而且能定量地解释了半导体中浅施主、受主能级位置和性质,磁能级等实验结果.七十年代,表面实验技术,包括各种分析测试手段(如低能电子衍射,光电子谱仪等)使人们对半导体表面结构(弛豫、重构),原子吸附,表面、界面电子态等进行了研究.与此同时。半导体中深杂质态性质的研究(包括深能级瞬态谱、…     

半绝缘GaAs的双调制反射光谱研究

半导体材料电子能带结构的确定对研究其物理性质及其在半导体器件方面的应用有重要意义.光调制反射光谱是一种无损和高灵敏度的表征半导体材料电子能带结构的光学手段.光调制反射光谱中激光调制导致的材料介电函数的变化在联合态密度奇点附近表现得更为明显.通过测量这些变化,可以得到有关材料能带结构临界点的信息.然而在传统的单调制反射光谱中,激光调制信号的光谱线型拟合和临界点数目的分析往往被瑞利散射和荧光信号所干扰.本文将双调制技术与双通道锁相放大器结合,消除了瑞利信号和荧光信号的干扰,获得了具有较高信噪比的调制反射光谱信号.双通道锁相放大器可以同时解调出反射光谱信号及其经泵浦激光调制后的细微变化量,避免了多次采集时可能存在的系统误差.利用这种技术,在可见激光(2.33 eV)泵浦下,我们测量了半绝缘GaAs体材料从近红外至紫外波段(1.1-6.0 eV)的双调制反射光谱,获得了多个能带结构临界点的信息.探测到了高于泵浦能量之上的与GaAs能带结构高阶临界点对应的特征光谱信号,说明带隙以上高阶临界点的光调制反射光谱本质是光生载流子对内建电场的调制,并不是来自该临界点附近的能带填充效应.这一结果表明双调制反射光谱能够对半导体材料能带结构带隙及其带隙以上临界点进行更准确的表征.     

赝形InxGa1-xAs/In0.52Al0.48As异质结构中二维电子气的回旋共振光谱研究

采用回旋共振光谱方法，同时获得了具有较高电子气浓度的赝形In_0.80Ga_0.20As/In_0.53Ga_0.47As/In_0.52Al_0.48AsHEMT结构中最低两个子能带的费密面附近电子有效质量、 散射时间和迁移率.观察到该系统中能带非抛物性和波函数穿透所导致的电子回旋有效质量的显著增大效应，以及合金无序势和电离杂质散射所引起的电子散射时间和迁移率明显的子带依赖性. 关键词：     

参量共振单摆的理论与实验研究

为了将参量共振引入基础物理实验教学,搭建了参量驱动单摆实验系统,并从理论和实验上研究了平衡点附近的运动.理论上,利用微扰方法计算了轨道的一般形式,在此基础上确定了参量共振带的边界,并得到了轨道特征量与驱动参量(频率与幅度)的依赖关系.实验上,利用2个一维激光位移传感器组装成二维位移传感器,实现了单摆轨迹的实时测量.在参量共振带内,测量了不同驱动频率下的轨道发散指数和振子-驱动相位差;在参量共振带的中心,测量了发散指数与驱动幅度之间的关系;在参量共振带的外边缘,测量了轨道包络的拍频和调制深度与驱动频率的关系.所有测量结果都与一阶微扰计算符合良好.     

椭球型等能面电子回旋共振有效质量的计算

计算了椭球型等能面的回旋共振有效质量.证明了回旋共振有效质量与垂直于外磁场的截面选取无关.当外磁场的方向确定时,椭球型等能面上所有电子的回旋共振有效质量相等.     

赝形In_xGa_(1-x)As/In_(0.52)Al_(0.48)As异质结构中二维电子气的回旋共振光谱研究

采用回旋共振光谱方法，同时获得了具有较高电子气浓度的赝形Ｉｎ０８０Ｇａ０２０Ａｓ／Ｉｎ０５３Ｇａ０４７Ａｓ／Ｉｎ０５２Ａｌ０４８ＡｓＨＥＭＴ结构中最低两个子能带的费密面附近电子有效质量、散射时间和迁移率．观察到该系统中能带非抛物性和波函数穿透所导致的电子回旋有效质量的显著增大效应，以及合金无序势和电离杂质散射所引起的电子散射时间和迁移率明显的子带依赖性     

电子回旋微波系统弧光打火实时保护电路的应用

在2005年对电子回旋共振加热（ECRH）系统进行了整体工程调试，并投入到HL-2A物理实验中。为了保证ECRH系统的安全运行，对保护系统开展了深入的研究，建立了有效的测量和快速反馈保护系统，对ECRH系统的安全运行起到了积极的作用。电子回旋共振加热保护系统的首要任务是对回旋管的保护，这对回旋管实施拉弧打火保护是极为重要的。     

极化力导致回旋频率变化

带电粒子在一个均匀磁场中的回旋频率为qB/m ,其中q和m是粒子的电荷与质量 ,B是磁感应强度 .这一关系式是使用离子回旋共振质谱仪进行分子质量对比的基础 ,其应用范围涵盖了鉴别生物分子、研究化学反应速率直到确定原子光谱的精细结构常数 .美国麻省理工学院 (MIT)的物理学家Da     

美国伦斯勒理工学院招生信息

带电粒子在一个均匀磁场中的回旋频率为qB/m ,其中q和m是粒子的电荷与质量 ,B是磁感应强度 .这一关系式是使用离子回旋共振质谱仪进行分子质量对比的基础 ,其应用范围涵盖了鉴别生物分子、研究化学反应速率直到确定原子光谱的精细结构常数 .美国麻省理工学院 (MIT)的物理学家Da     

半导体电导有效质量的各向同性问题探究

本文利用多元函数微积分和张量分析手段,给出了三维k空间中等能面非球面时半导体电子有效质量的表达式,进而讨论了硅和锗等半导体中电导有效质量的各向同性问题.对这一问题的探讨有助于促进学生理解半导体能带结构及其对导电性的影响.     

220 GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的研究

提出了一种220 GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的物理结构.利用光子晶体高频带隙确定了回旋管高阶电磁模式类TE63和三次电子回旋模的互作用状态.通过非线性理论,研究了腔内类TE63和类TE92模的弱模式竞争,得到了有利于回旋管三次谐波起振的工作条件和起振过程的非线性特征,其结果与粒子模拟基本一致.研究表明,利用光子带隙谐振腔的禁带特征,回旋管中高阶电磁模与高次电子回旋模能够发生有效的互作用关系被得到证实.     

HT-7 装置回旋质谱探测器边界离子诊断

介绍了回旋质谱探测器的原理和设计及其在HT-7 装置欧姆放电下对边缘等离子体中离子的诊断实验。探测器安装在限制器附近, 通过一小孔引进等离子体; 设置的前置偏压使电子和离子分离, 并使离子减速; 进入腔体内部的离子在射频电场和平行磁场的作用下发生回旋共振; 通过考察收集的离子电流信号中的共振峰可得到离子的荷质比、回旋频率等参数。实验中观察到荷质比为1、0. 5、0. 3333、0 . 1819 的离子共振峰。     

闪锌矿结构CdTe和ZnTe能带结构和有效质量的第一性原理计算

基于第一性原理全电子势线性缀加平面波方法(FPLAPW)，计算了闪锌矿结构半导体材料ZnTe，CdTe的能带结构.结合闪锌矿对称化合物的有效质量近似理论，对第一性原理的计算结果进行拟合后，得到了ZnTe，CdTe在带隙附近的电子结构.此外还讨论了晶体场分裂能、自旋-轨道相互作用的分裂能和电子、空穴的有效质量及相应的Luttinger参数，结果与实验值相符合. 关键词： FLAPW 电子结构 有效质量     

非共振圆偏振光作用下单层二硫化钼电子结构及其自旋/谷输运性质

基于紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型和久保线性响应理论,研究了外部非共振圆偏振光作用下单层二硫化钼(MoS_2)电子结构及其自旋/谷输运性质.研究结果表明:单层MoS_2布里渊区K谷和K′谷附近自旋依赖子带间的能隙随着非共振右旋圆偏振光引起的有效耦合能分别线性增大和先减小后增大,随着非共振左旋圆偏振光引起的有效耦合能分别先减小后增大和线性增大,实现了系统能带结构有趣的半导体-半金属-半导体转变.此外,单层MoS_2在外部非共振圆偏振光作用下,呈现有趣的量子化横向霍尔电导和自旋/谷霍尔电导,自旋极化率在非共振右/左旋圆偏振光有效耦合能±0.79 eV附近达到最大并发生由正到负或由负到正的急剧转变,谷极化率随着非共振圆偏振光有效耦合能先增大后减小并在其绝对值0.79-0.87 eV范围内达到100%.因而,可以利用外部非共振圆偏振光将单层MoS_2调制成自旋/谷以及光电特性优异的新带隙材料.     

基于锡组分和双轴张应力调控的临界带隙应变Ge_(1-x)Sn_x能带特性与迁移率计算

能带工程通过改变材料的能带结构可以显著提升其电学和光学性质,已广泛应用于半导体材料的改性研究.双轴张应力和Sn组分共同作用下的Ge_(1-x)Sn_x合金,不仅可以解决直接带隙转变所需高Sn组分带来的工艺难题,而且载流子迁移率会显著提升,在单片光电集成领域有很好的应用前景.根据形变势理论,分析了(001)面双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x的带隙转变条件,并给出了在带隙转变临界点Sn组分和双轴张应力的关系;采用8κ·p方法,得到了临界带隙双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x在布里渊区中心点附近的能带结构,进而计算得到电子与空穴有效质量;基于载流子散射模型,计算了电子与空穴迁移率.计算结果表明:较低Sn组分和双轴张应力的组合即可得到直接带隙Ge_(1-x)Sn_x合金,且直接带隙宽度随着应力的增大而减小;临界带隙双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x具有极高的电子迁移率,空穴迁移率在较小应力作用下即可显著提升.考虑工艺实现难度和材料性能两个方面,可以选择4%Sn组分与1.2 GPa双轴张应力或3%Sn组分与1.5 GPa双轴张应力的组合用于高速器件和光电器件的设计.     

用电调制反射光谱的方法确定能带中临界点的位置

本文用通常的仪器和简单的方法,测量了半导体材料的电调制反射光谱,从而确定出能带中临界点的位置。其特点是把半导体二极管作为光电倍增管的负载以自动实现交、直流两种讯号相除的方法,测量了反射的相对调制(ΔR)/(R),并给出了由测量过程本身自洽地确定二极管的有效动态电阻区的方法。     

HL-2A装置ECRH系统指标介绍

在HL-2A装置上正在开展电子回旋共振加热（ECRH）项目的工程研制，系统具有1MW，68GHz，1s的微波规模。采用弱场侧O模式注入，ECRH的定域加热特性可以用于等离子体加热、电流驱动和分布控制以及改善约束等实验的物理研究。到目前为止，电子回旋共振加热的各项子系统正在设计和研制中，系统的总体物理和工程参数已经初步确定，在此对其作一介绍。     

GeSe_2中强各向异性偏振相关的非线性光学响应

二硒化锗(GeSe_2)作为一种层状IV-VI族半导体,具有面内各向异性结构及宽能带间隙,表现出了独特的光、电及热学性能.本文利用偏振拉曼光谱和线性吸收谱分别对GeSe_2纳米片的晶轴取向和能带特性进行表征,并以此为依据采用微区I扫描系统研究了GeSe_2在共振能带附近的光学非线性吸收机制.结果表明,GeSe_2中非线性吸收机制为饱和吸收与激发态吸收的叠加,且对入射光偏振与波长均有强烈的依赖.近共振激发(450 nm)条件下,激发态吸收对偏振的依赖程度比较大,随着入射光偏振的不同,非线性调制深度可由4.6%变化至9.9%;而非共振激发(400 nm)时,该调制深度仅由7.0%变化至9.7%.同时,相比于饱和吸收,激发态吸收的偏振依赖程度受远离共振激发波长的影响而变化更大.