半导体中的电子状态

• 电子共有化运动是指原子组成晶体后，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。
• 当原子相互靠近结合成晶体后，每个电子都要受到周围电子势场的作用，一个能级分裂成彼此相距很近的若干能级，这些能级组成一个能带。
• 能级分裂成的每一个能带都称为允带。允带与允带之间没有能级的称为禁带。绝对零度时，下面的能带填满电子，称为满带或价带，上面的能带是空的，没有电子称为导带，导带和价带之间是禁带。
• 波矢是波数矢量，记为k，大小为波数（2π/波长），方向与波面法线平行于波的传播方向。描述电子的运动状态。
• 布里渊区表示周期性势场中电子的E（k）与k的关系。其中禁带出现在k等于nπ/a处。因为E(k)与k具有周期性，可把其他区域迁移到第一布里渊区称为简约布里渊区。
• 引进有效质量的意义在于，它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律是可以不涉及半导体内部势场的作用。有效质量可以通过实验测定。
• 价带中的电子被激发到导带后，在价带上留下了空态未被电子占据，称为空穴，可模拟为正电荷在共价键之间导电。电子有效质量为正，空穴有效质量为负。引入空穴的意义是，可以把价带中大量电子对电流的贡献，用少量的空穴表达出来。
• k空间是为说明半导体在不同方向的特性，由相互正交的三个方向的电子运动波矢k构成三个坐标轴所形成的三维空间。
• 等能面是k空间中具有相等能值的点连接起来形成的封闭面。
• 直接带隙半导体指电子从价带最大能量处，跃迁到导带最低能量处是可能的，跃迁中不涉及波矢k的变化，过程中的能量变化只有光子的吸收和发射。例如GaAs。
• 间接带隙半导体，电子不能从价带顶跃迁到导带底，跃迁中波矢k变化，能量变化有热或热和光。例如Si Ge。
• Si Ge的能带特征：间接带隙半导体。导带最低点与价带不在同一布里渊区。价带分为三个子能带，重空穴带轻空穴带，第三分裂能带。
• GaAs的能带特征：直接带隙半导体，导带底最低点与价带在同一部布里渊区。导带中有最小极值点和次低能谷，价带中有一个重空穴带一个轻空穴袋和第三能带。
• 宽禁带半导体指禁带宽度大于或等于2.3电子伏特的半导体材料。代表有碳化硅，金刚石，二族氧化物，二族硫化物，硒化物，三族氮化物合金。
• 同质多象是指在不同的物理化学环境下能够形成两种或者两种以上的晶体，各自有一定的形态构造及物理性质，例如碳化硅。