2022-2023学年高二物理竞赛课件：主要散射机制

主要散射机制2024/5/182

主要散射机制根本原因：周期性势场被破坏（晶体偏离理想）存在微扰势。在这种情况下，载流子的状态发生跃迁，从而速度发生变化，就称载流子的运动过程中遭到散射。在晶体中，任何破坏严格周期势场的因素都可以引起载流子的散射。但就象对光波的散射一样，只有当散射中心所产生的附加势场的线度具有电子波长的量级时才能有效地散射电子。室温下电子的波长约为100A

的数量级。电离杂质，中性杂质(浅能级杂质的电子波函数扩展范围也较大)，位错等对载流子都可以发生散射作用。此外晶体中的原子在其平衡位置附近不断进行着热振动。晶格振动也使严格的周期势场发生偏离，从而使载流子发生散射。2024/5/183

主要散射机制1.电离杂质散射在常温下，浅施主和浅受主杂质大部分处于电离状态．载流子在经过这些杂质中心时，将受到其库仑引力或斥力的作用，运动方向发生偏折。+电子空穴正电中心VeVh2024/5/184

主要散射机制施主杂质电离后是一个带正电的离子，受主杂质电离后是一个带负电的离子。在电离施主或受主周围形成一个库仑势场。这一库仑势场局部地破坏了杂质附近地周期性势场，它就是使载流子散射的附加势场。2024/5/185

主要散射机制2.晶格振动散射（声子散射）晶体中的原子在其平衡位置附近不断地进行着热振动。但在晶格中各个原子的振动并不是彼此孤立无关的。相邻的原子之间存在着原子间作用力。振动将通过原子间的相互作用在晶体中传播，表现为晶格振动波。格波同样可以用波矢来描述。横TA

声学波（整体）纵LA

晶格振动波光学波（相对）横TO

纵LO2024/5/186

主要散射机制频率为ωq的格波的能量是量子化的。我们这个量子化的能量为声子。根据统计物理，对于温度为T时，频率为ωq的格波的平均能量为频率为ωq的格波的平均声子数为2024/5/187

主要散射机制声子是一种准粒子，它具有能量和准动量。电子受晶格振动的散射——电子与声子的散射（格波）（吸收或释放一个声子）声子和电子作用遵循能量守恒和准动量守恒2024/5/188

主要散射机制一般具有单能谷的半导体中，对电子起散射作用的主要是长波，即q＝0附近的波。室温下，电子热运动速度约为105m/s，对应的波长为10-8m。所以要发生明显的散射作用对应的格波波长也应该在同一数量级。长声学波：弹性散射长光学波：非弹性散射2024/5/189主要散射机制对于长声学波：起作用的是纵波原子位移引起原子间距的周期性变化。禁带宽度随原子间距变化，疏处禁带宽度减小，密处增大。这样在波的传播方向上，带边的能量将发生周期性的起伏。对于载流子来说，这相当于存在一附加的势能。这种和晶格形变相联系的附加势称为形变势。这种散射就称为声学波形变势散射。在Ge、Si这类非极性晶体中主要是声学波形变势散射起作用。2024/5/1810主要散射机制对于长光学波：起作用的是纵波如果单看其中一种等价原子，各原子的位移情况与纵声学波相似。但由于两种等价原子的振动方向相反，因此，在一种原子密的地方，另一种原子疏。（参看P91，图4-10）长纵光学波散射主要发生在离子晶体中。2024/5/1811

主要散射机制量子力学微扰理论计算得出声学波散射几率光学波散射几率2024/5/1812

主要散射机制3.其它散射机制(1)等价能谷间散射

q较大，ω也较大——非弹性散射低温时不考虑(2)中性杂质散射重掺杂，低