源于半导体中的直接跃迁和间接跃迁:在k空间中,能量是波矢k的函数,如何理解k空间?

源于半导体中的直接跃迁和间接跃迁:在k空间中,能量是波矢k的函数,如何理解k空间?,第1张

晶体电子不是真空中的自由电子,具有波动性,则其状态不能简单地采用坐标和动量来表征,而可以采用所谓波矢——晶体动量k来表征。由k的三个分量(kx、ky、kz)所构成的空间就是所谓k空间,该空间与正常空间的量纲是互逆的,故k空间是倒易空间,即正格子空间的倒空间;k空间中的一个代表点就对应电子的一个状态。

晶体电子的状态数目是有限的,其数目就等于k空间中一个原胞中代表点的数目;这个倒易空间的原胞就称为Bullouin区。

由于晶体电子是处于能带的状态。对于一个能带,每一个波矢k就代表该能带中电子的一种状态,对应有相应的一个能量本征值(一条能级)。而晶体有很多高低不同的能带,故一个k就对应于不同能带中的不同能级,即具有多个能量本征值。

所以,对于一个晶体电子所处的状态,需要指明它是属于哪一个能带、哪一个波矢k,这才是一种完整的表述。

霍尔系数的单位是米的三次方每库仑。——立方米/库仑(m3/C)霍尔元件应用的基本原理是霍尔效应。

霍尔效应是一种磁敏效应,一般在半导体薄片的长度X方向上施加磁感应强度为B的磁场,则在宽度Y方向上会产生电动势UH,这种现象即称为霍尔效应。UH称为霍尔电势,其大小可表示为:  UH=RH/d*IC*B   (1)  式中,RH称为霍尔系数,由半导体材料的性质决定;d为半导体材料的厚度。

规律

设RH/d=K,则式(1)可写为: UH=K*IC*B   (2) 可见,霍尔电压与控制电流及磁感应强度的乘积成正比,K称为乘积灵敏度。

K值越大,灵敏度就越高;元件厚度越小,输出电压也越大。 在式(2)中,若控制电流IC,为常数,磁感应强度B与被测电流成正比,就可以做成霍尔电流传感器;另外,若仍固定IC为常数,B与被测电压成正比,又可制成霍尔电压传感器。


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