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基础知识复习

半导体重掺应用


在掺杂程度足够高、进入简并状态的情况下,不同原子的电子会形成共有化运动,即这些原子的电子运动波函数相互重叠,从而使杂质能级形成连续的能带。这个杂质能带填充了原来价带、导带之间的能隙,这样,简并半导体的能隙宽度就减小了,从而显示出一些不同寻常的性质。例如,当温度升高,简并半导体的导电性能不会显著增加。另一方面,简并半导体的载流子浓度尽管比非简并半导体高,但还是远低于金属,因此它们会显示出介于半导体和金属的性质。

重掺杂的简并半导体应用较为广泛。1958 年研制成功的隧道二极管就是利用这样的重掺杂简并半导体制成的,其中 N 型半导体的费米能级进入导带,而 P 型半导体的费米能级进入价带。这项发明使其发明者江崎玲于奈在 1973 年被授予诺贝尔物理学奖。

表征手段

  • 扫描隧道显微镜
  • 光致发光
  • X 射线光谱
  • 质谱法
  • 热学分析
  • 色谱法

激光产生的条件

  • 受激幅射是产生激光的首要条件,也是必要条件,但还不是充分条件
  • 工作物质必须具有亚稳态能级
  • 形成粒子数反转,使受激发射多于吸收
  • 要使频率单纯,方向集中,就必须有一个振荡腔
  • 光子在腔中振荡一次产生的光子数比损耗掉的光子多得多

VASP 的作用

它是进行电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟软件包。

可以在密度泛函理论(DFT)框架内求解 Kohn-Sham 方程(已实现了混合(hybrid)泛函计算),也可以在 Hartree-Fock(HF)的近似下求解 Roothaan 方程。

第一性原理

  • 第一类以波函数为核心物理量,先用 Slater 行列式展开波函数,再求解展开系数。常见的有 Hartree-Fock,MPn,CCSD(T), CI 等。搞化学的人提到“第一性原理”,指的就是这类方法,并且他们一般叫“量子化学”。

  • 第二类以电荷密度为核心物理量,即密度泛函理论。密度泛函理论核心就两条定理,能玩出花样的反倒是各种泛函。搞物理的人提到“第一性原理”,指的就是这类方法。密度泛函理论计算量比量子化学方法小,但缺陷也很明显,就是激发态算不准,并且是先天不足,怎么都救不回来那种(量子化学方法激发态就算得不错)。

  • 还有一类是基于格林函数的,把量子场论的那套理论移植了过来。目前还不是很成熟,只能算一算激发态能量。

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