新利体育luck18：一天一知识

1.引入有效质量m*n的原因：周期势场

晶体中的电子在原子排布的周期势场中翩翩起舞，他们的“步伐”决定半导体的独特性质。

即：电子在外力作用时，不仅受到外电场力f的作用，还有内部原子和电子的相互作用，而在这样的情况下，使内部势场定量且求得加速度存在苦难，故引入有效质量。

一维情况下,导带底、价带顶的E-k关系为抛物线近似。

Fig.1 导带底、价带顶的E-k关系为抛物线近似

2.能带理论的彩虹：

电子在能带中的能量与动量关系，连接了量子世界与宏观表现。

代表半导体电子的准动量。

3.自由电子的假想赛跑

有效质量的存在使得 电子在晶体中的行为想象成真空中的自由电子。51漫画

4.各向异性51漫画

在晶体的不同方向上有效质量可能发生变化。在单晶材料中，由于晶体结构的各向异性，电子和空穴在不同方向上移动时，受到的内部势场作用不同，导致它们在不同方向上的有效质量也不同。例如，在立方晶系中，沿着不同晶轴方向的有效质量可能不同。

PS：因为单晶体中的原子排列位向是完全一致的,因此其性能是各向异性的. 而多晶体内部是由许多位向不同的晶粒组成,各晶粒自身的各向异性彼此抵消,故显示出各向同性。

Fig.2 电子与空穴

5.电子和空穴的较量

电子和空穴相当于“双胞胎”，两者测量方法不同，电子和空穴存在于不同的能带中，即导带和价带。导带通常具有较小的有效质量，因为电子在导带中的行为类似于自由电子，而价带中的空穴由于受到晶体周期性势场的影响，其有效质量通常较大。

6.温度的试炼：温度的影响

这样的影响较为综合，不可单一增大或减小，具体可考虑以下几方面：

禁带宽度的变化：随着温度的升高，某些半导体材料的禁带宽度会减小，导致电子更容易被激发到导带，有效质量减小。

晶格振动的增强：温度升高会增加晶格振动的幅度，即增加声子的密度。电子与声子的散射可能会增加，有效质量增加。

7.器件性能的调音师

有效质量对半导体器件的迁移率、响应时间和频率特性有着决定性影响。

在给定的电场下，如果有效质量较大，意味着需要更大的力才能使载流子获得相同的加速度，因此迁移率会降低。相反，有效质量较小的载流子在相同的力作用下会获得更大的加速度，迁移率较高。

参考：

《半导体物理学》，第七版，刘恩科，中国工信出版集团。