固体的电性质：输运过程
固体的电性质：输运过程
6 导体
导体、半导体和超导体的严格分类必须由四面体中电子贡献的总电流密度j
来判定。
在电子的能带理论中，四面体中的总电流密度j
也必须通过所有电子能带中的非平衡统计进行计算：
()()
33
31
,,4n n n
d k j d r g r k t ev k V
π??=
-??
∑?????? 6-1
(
)()()()()
,,,n n
F D n c df g r k t f k e E r t v k k d ετε-??????≈--? ???????
6-2
已知固体中的电子总数为a L Zn N ，所有电子的量子态将由低能到高能填充到各条能带中去。在非铁磁的固体中（自旋上下的能带不分裂），一条能带总共可以填充2L N 个电子的量子态，因此总能带数约为2a Zn （由于能带的交叠，这个数量是近似而不准确的）。内层电子的大多数能带都是满带的，但是有一条或几条价电子的能带是半满带。
满带中所有电子贡献的总电流密度为
()()
33
04F D
n n n d k
j f k ev k επ
-????=
-≡????
???
6-3
这意味着，满带对固体电导没有贡献。
在绝缘体和半导体中，接近0K 时所有的能带都是满带或者空带；常温下，满带的电子被部分激发到空带，使得它们俩同时变成了半满的能带，从而具有了一定的导电能力。
半满带中，非平衡统计会偏移费米统计，但从统计上说，经过弛豫时间F τ，非平衡统计(
)
,,n
g r k t
会回到平衡状态()F D n f ε-：
F F F F eEl k eE k ετ??≈
6-4
其中，F F F l v τ=是位于费米面上的电子的平均自由程。
在半满能带中的所有布洛赫电子贡献的总电流密度是：
()()
3
2304F
n n n d k df j e v k v k E d τπε??
=-?≠
???
???
6-5
由此可见，固体中总电流都是由半满能带贡献的。在能带论中，总的电导率矩阵是：
()()
()(
)
2
3
1
1
2
3,,4F F n n n ne d k df e v k v k m m n k
d m
αβαβαβ
τστπε--*
*
''*
'
??'=-≈= ???∑
???
6-6
在金属中，载流子就是价电子，总的导电电子的密度是常数： ()
33
4F D
n n
N d k
n f k V
επ
-??=
=
??
∑???
6-7
值
得
注意的是
，
方
程
()()()(
)
2
3
1
1
2
3,,4F F n n n ne d k df e v k v k m m n k
d m
αβαβαβ
τστπε--*
*
''*
'
??'=-≈= ???∑
???
6-6中的价
电子平均有效质量m *与费米面上的有效质量F m *
是不同的， F m *
更依赖于费米面的特性，而m *
则体现了整个半满能带的整体性质：
()()()
3222
3
33422F F F n
F
F
d k
n g n m
εδεεεππ
ε*=
-≈
?=
∑???
6-8
材料的弛豫时间的物理解释包括两个方面：一是缺陷的贡献；一是原子振动的贡献。根据麦特海森规则，两部分的电阻率有加和性：
1
11
2
2
c d F d F
d
m
m
ne ne ρρρτ
ττττ*
*
---=+=
+
?=+
6-9
F g τ? 6-10 F g τ? 6-11
F g τ?
6-12
7 半导体
7.1 半导体的特性
半导体的热导率k 与良导体的同量级，与陶瓷绝缘体很不同。在金属中，M etal k 取决于电子的，其数量级由维德曼－弗兰茨定律估计；在半导体和绝缘体中，k 取决于声子的输运：
()()2
220
~1010,~1010M V x k L T W
m K k
C v W
m K στ=-?=-?
7-1
半导体的有效质量比金属的更为复杂。讨论金属的能带及各种性质时常用费米面上的有效质量和价带的平均质量；讨论半导体时更常用的则是有效质量矩阵中的一些矩阵元，以及矩阵元的平均值。在带边(
)c c k ε 和()
v v k ε 附近，分别有一条导带（定义c m *
）和二到三条价
带（定义两个有效质量 light hole
m * 和 heavy hole m *
）。 在价带中，轻空穴和重空穴的有效质量矩阵都是对角化的，在0v k =
附近，它们的能带
可以展开为：
()
()()()
2222,22lh
hh
v v e
v e v lh hh
k k k k k k m m εεεε**
=-=- 7-2
在导带中，c m *
在直接半导体中对角化的：
(
)()
222c c c c
k
k k m εε=+
7-3
在间接半导体中是非对角化的，需要定义两个有效质量矩阵元L m *
和T m *
来描述导带底附近的等能面：
()
()
()()
2222??22c c x x c
c
c L T
k k e k k e
k k m m εε**
????-?-?????=++
7-4
金属的电性质应该用电导率σ来表征；半导体则用电子迁移率e μ和空穴迁移率h μ，因为电子浓度n 和空穴浓度p 会随着外加条件有很大的变化： ,n p e h n p j nev ne E j pev ne E μμ=-==-=
7-5
(),,e h e e e h h h e n p e m e m σμμμτμτ*
*
=+==
7-6
7.2 载流子浓度和迁移率
7.2.1
载流子浓度守恒定律
导带中，电子的费米统计为()c c f ε，能态密度为()c c g ε；价带中，空穴的费米统计为()v e f ε，能态密度为()v e g ε：
()()
()
(
)
32
22211,21
e e c c e c e m
f e
g e
βεμβεμεεπ---??=
≈= ?+??
()()
()
(
)
32
22211,21
e e v v e v e m
f e
g e
βεμβεμεεπ---??=
≈= ?+??
7-7
()()
()
(
)
32
22211,21
e e v v e v e m
f e
g e
βεμβεμεεπ---??=
≈= ?+??
7-8
()()
()
(
)
32
22211,21
e e v v e v e m
f e
g e
βεμβεμεεπ---??=
≈= ?+??
7-9
半导体中的电子浓度
n 和空穴浓度
p
可以根据方程()()
()
(
)
32
22211,21
e e v v e v e m
f e
g e
βεμβεμεεπ---??=
≈= ?+??
7-7计算出来：
()(
)
()
322212e F c
c
c e c e c e e m n
d g f d βεεε
ε
εεεεπ∞
∞
--??=
= ???
??
()(
)
()
322212F h v
c
v h v h v h h m p d g f d βεεε
ε
εεεεπ∞
∞
-+-
??=
= ???
?? 7-10
积分可以得到普遍关系：
32
2exp ,22c F c B c c B m k T n N N k T εεπ??-??
=-= ? ?
????
32exp ,22F
v
v B v v B m k T p N N k T εεπ??-??
=-= ? ?
???
?
7-11
其中，常数c N 和v N 是在重掺杂到金属极限F c εε→或F v εε→时导带和价带中电子和空穴的极限浓度，可以简洁的用下列公式表示：
32
32
193
2.5010300c c e m T N cm
m K -??
??=? ?
?????
32
32
193
2.5010300v v e m T N cm
m K -??
??=? ?
???
??
7-12
载流子的浓度守恒定律是非简并半导体的重要性质，它可以直接由方程中电子浓度和空穴浓度的表达导出：
32
3
383
26.2510300B Eg k T
c v e m m T np e cm
m K --??
??=? ?
???
??
7-13
室温弛豫温度为：
(),,,,13
,3
2
5.6910
10e h e h
e h
e h
e h e
m m s e
cm
V
s m μμτ*
*
-=
=
?? 7-14
7.2.2 本征和外延载流子浓度
本征电子浓度可由方程6-25导出：
32
32
2193
6.2510300B Eg k T
i e T n n p e
cm
m K --??===
=? ???
?
?
7-15
其中，能隙与温度的依赖关系是：
())()4
2
1.17 4.7310
636g of Si E T T
T eV -=-?+
7-16
实际的半导体中，只有杂质浓度远低于i n 时其本征特性才会出现。外延半导体浓度的规律要复杂的多，在n 型或p 型半导体中，新的施主能级D ε和新的受主能级A ε会加入到本征半导体的能带结构中：
,D c d A v a E E εεεε=-=+
7-17
d E 和a E 分别是施主能级和受主能级的浅电离能。这比较容易理解，在本征半导体中，导带中
的电子全部来自于价带，而在外延半导体中，施主能级会在导带中贡献电子，受主能级会在价带中贡献空穴。
在施主杂质或受主杂质周围，“电子－Ⅲ族离子”和“空穴－Ⅴ族离子”对是类氢的。因此，在0K 附近，n /p 型半导体的施主/受主能级是半满的，在室温或更高的温度下，这些杂质载流子就会进入到导带/价带中来。一般来讲，施主/受主能级上的电子/空穴占有率为：
()
1
1
1exp 1
D d D c
D F
B N f N g
k T εε+
--
=
=-+????
()11
1exp 1
A
a A
v
F A B N f N g
k T εε+--
=
=-+????
7-18
其中，D N +/A N +
是杂质类氢原子周围的电子/空穴分别电离进入到导带/价带的杂质离子浓度；2c g =和4c g =是载流子的自旋简并度。
本征和外延半导体中的载流子浓度可以通过电荷守恒定律确定：
A C n N p N -
+
+=+
7-19
将其与方程6-25联立可以知道：
11,22n N p N ??=?+=-?+
??
7-20
()
()()1
1
,11e h D d A a e
n p N N f N f ρμμ--=+?=---
7-21
外延半导体的()n T 和()p T 曲线中有3个区间，分述如下： ⑴ 本征区
()2i g B n n E k T ==
-
7-22
()()13ln 2
4
F c v B v c k T m m εεε=
++
7-23
⑵ 饱和区
()
exp ,c c F
B D A D n N N k T N N N N εε≈?=--?=-≈????
7-24
()ln F c B c k T N N εε=-?
7-25
⑶ 冻结区
()2d B n E k T ≈
-
7-26 ()11ln 22
2
F D d B c D E k T N N εε=+
-
7-27 ()()2exp D A A c d B n N N N N E k T ≈--????
7-28 ()ln 2F D B D A A k T N N N εε=+-????
7-29
7.2.3
霍尔系数、迁移率和电阻率
半导体的电性质必须结合载流子浓度性质以及载流子迁移率的特性来进行解释。例如，n
型半导体中，电导率与载流子浓度的比可以表示为：
()()(
)
2
2
c
c
c c c c x x c e c c c c c df
d g
e v v d e n
d g f ε
ε
εετ
εσμεεε∞
∞
??- ???
=
=
=??
7-30
载流子浓度可以用霍尔系数来测量：
31
8y H x z
E R j H nec
π=
=-
=-
7-31
2
x
x
j E σ=
=7-32
与半导体中的载流子－声子散射相对应的平均cr l 自由程可以进行估算如下：
()()
33
,'11
4F D
k k c cr
cr
c g k g k g f
d k
P l l T k k m π
-'
--=
?∝-???
7-33
饱和区和本征区的电子和空穴的迁移速度可以用方程6-42进行计算：
,,32
,41e h e h e h
el e m
T
μτ*==
∝
7-34
在n 型半导体中，本征区、饱和区和冻结区的n 和ρ随温度变化的规律分别是：
ln ,ln ln 22g g i B B E E n b A k T
k T ρ=-
+≈
+ 7-35
3ln ln ,ln ln ln 2
D D T n N B T
ρ==-
+ 7-36
ln ,ln ln d d f B B E E n b C k T
k T
ρ=-
+≈
+
7-37
7.3 半导体器件的基本概念
7.3.1
pn 结
n 区和p 区接触前，n /p 区之间化学势的差为：
(
)(
)
()0
00
2
ln c n
B p v
B k T
n c D
D A D n p B k T
i
p v A D
n N e
N N N N k T n p N e
N N εμμεμμ----=≈-???-=????
=≈- 7-38
接触后n 区电子和p 区空穴分别扩散到对方的区域中，形成一个耗尽层，达到平衡后，pn 结内的化学势－费米面F ε相同，因此p 区带边的c ε、v ε会比n 区带边的高0
n p e φμμ=-：
()()0110
ln 0diffusion drift
B B e e p B n
h h j j k T k T dn dp E x e
n dx
e p dx
dn eD ne E p dx k T dxE x e
p dp eD pe E
dx μφμ=+=-
=
??
=--+? ???=-=
??
=-+ ???
? 7-39
设在耗尽层中，两区的空间电荷密度分别是()()0A D x e N N ρρ-=<=-和
()0D x eN ρρ+=>=，则空间电场和电势分别为：
()()
()()()()
()()()
()
2
44 :0;:0
2 ,0,r
r
p n r
dE x k x dx
E x x d x x k dV E x dx
x V x V x d d d d d V V k πρπρπρφ
-+-+==
±-<+>-
=?=-
±====
7-40
耗尽层宽度可以通过电场的连续条件()()00E E -
+
=和电势的连续条件()()00V V -
+
=计
算出来：
()())()()
12
2
22220r p n p n
p D A
p
n
r
r
n A D A
k d d d d d d d dN N x x d d
k k d d d N N N φρρπρρρρρρρπρπρφρρρ-+-+-++
-+-
-
+??
+=+= ?
+=-??
?=+=-
=-
=+=- 7-41
在pn 结上加一一个偏置电压V 后，总的电势差由内禀势和外加电场两项共同贡献：
()()
12
,2r A D n p p n A D k N N V d V d V d d d N N φφπ+-??
+--=-=+= ?
??
7-42
偏置的耗尽层宽度和偏置电压的电压为
0r k k C A
d
=
=
7-43
通过pn 结的电压是由两个过程实现的，载流子越过能垒()e V φ-的扩散，以及越过能垒后与空穴的复合：
()
()
()
(
)()
()B B B B V
k T
V k T
n p
n p e
h
V k T
V
k T
e h
n p n p n e
n p p e
j eD eD d
d
I n e
n v p p e
v
eA εφεφεφεφ----------=-??=---?
?
7-44
载流子的扩散系数D 通过爱因斯坦关系得到：
()
()2
3
2
2630010B k T T
D cm s e
K cm
V s μ
μ=
=?
?
7-45
pn 结中载流子的寿命大约是电子－空穴复合的时间：
2
2
n
x L e
n n
n n n
D G n G e
t
x
ττ-??=-
+?=?? 7-46
7.3.2
金属－半导体结
7.3.3
MOS 晶体管
8 超导体
8.1 超导体的特性 8.2 唯象理论 8.3 微观BCS 理论
(Mg2Si1- Sb 04-(Mg Sn) 固溶体合金的制备及热电输运特性
第27卷 第8期 无 机 材 料 学 报 Vol. 27 No. 8 2012年8月 Journal of Inorganic Materials Aug., 2012 收稿日期: 2011-08-30; 收到修改稿日期: 2011-10-18 基金项目: 国家自然科学基金(50801002); 北京市自然科学基金(2112007); 北京市属高校人才强教计划(PHR20110812) National Natural Science Foundation of China (50801002); Beijing Natural Science Foundation (2112007); Founding Project for Academic Human Resources Development in Institutions of Higher Learning Under the Jurisdiction of Beijing Municipality (PHR20110812) 作者简介: 韩志明(1984?), 男, 硕士研究生. E-mail: 0402hzm@https://www.wendangku.net/doc/517838720.html, 通讯作者: 张 忻, 副研究员. E-mail: zhxin@https://www.wendangku.net/doc/517838720.html, 文章编号: 1000-324X(2012)08-0822-05 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2012.11550 (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6固溶体合金的制备及热电输运特性 韩志明, 张 忻, 路清梅, 张久兴, 张飞鹏 (北京工业大学 材料学院, 新型功能材料教育部重点实验室, 北京 100124) 摘 要: 以Mg 、Si 、Sn 、Sb 块体为原料, 采用熔炼结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了n 型(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6(0≤x ≤0.0625)系列固溶体合金. 结构及热电输运特性分析结果表明: 当Mg 原料过量8wt%时, 可以弥补熔炼过程中Mg 的挥发损失, 形成单相(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6固溶体. 烧结样品的晶胞随Sb 掺杂量的增加而增大; 电阻率随Sb 掺杂量的增加先减小后增大, 当样品中Sb 掺杂量x ≤0.025时, 样品电阻率呈现出半导体输运特性, Sb 掺杂量x >0.025时, 样品电阻率呈现为金属输运特性. Seebeck 系数的绝对值随Sb 掺杂量的增加先减小后增大; 热导率κ在Sb 掺杂量x ≤0.025时比未掺杂Sb 样品的热导率低, 在Sb 掺杂量x >0.025时高于未掺杂样品的热导率, 但所有样品的晶格热导率明显低于未掺杂样品的晶格热导率. 实验结果表明Sb 的掺杂有利于降低晶格热导率和电阻率, 提高中温区Seebeck 系数绝对值; 其中(Mg 2Si 0.95Sb 0.05)0.4-(Mg 2Sn)0.6合金具有最大ZT 值, 并在723 K 附近取得最大值约为1.22. 关 键 词: Mg 2Si 基热电材料; Sb 掺杂; 热电性能; 放电等离子烧结 中图分类号: TK9 文献标识码: A Preparation and Thermoelectric Properties of (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 Alloys HAN Zhi-Ming, ZHANG Xin, LU Qing-Mei, ZHANG Jiu-Xing, ZHANG Fei-Peng (College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Technology, The key Laboratory of Advanced Functional Materials, Ministry of Education, Beijing 100124, China) Abstract: n-type (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 (0≤x ≤0.0625) alloys were prepared by an induction melting and spark plasma sintering method using bulks of Mn, Si, Sn, Sb as raw materials. The analyzing results of the structure and thermoelectric properties show that the single-phase (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 alloys can be obtained at 8wt% excess of Mg addition. The lattice constant increases linearly with the amount of Sb, the electrical resistivity ρ firstly increases and then decreases. The electrical resistivity ρ of samples (x ≤0.025) shows semi-conductor be-havior, while that of the samples (x >0.025) shows the metallic behavior. The Seebeck coefficient α firstly increases and then decreases with the increase of x value. Compared with the non-doped sample, the thermal conductivity κ for samples (x ≤0.025) decreases and that of the other samples (x >0.025) increases. The ZT value for (Mg 2Si 0.95Sb 0.05)0.4-(Mg 2Sn)0.6 sample reaches its highest value of 1.22 at 773 K, which is much higher than that of the non-doped sample. Key words: Mg 2Si base thermoelectric materials; Sb doping; thermoelectric properties; spark plasma sintering
电荷输运机制
表1 几种电荷输运机制的能带示意图，电流特性公式及电流对温度、电压的依赖关系 q ：电子电荷；V ：外加电压；k ：波尔兹曼常数；n ：理想因子；I s ：饱和电流；J s =I s /A εr ：相对介电常数；ε0：真空介电常数；L ：阴阳两极间距离 输运机制 能带示意图 电流特性公式 温度依赖性 电压依赖性 文献 直接隧穿 ()()21122222exp 2q V d I S m m d αα??-??= ? ?? none I V ∝ G 1 Fowler –Nordheim 隧穿 *3232*42()exp 83FN m Smq I E hm hqE ?π??? =- ? ??? none ()2ln 1I V V ∝G 2 Schottk y 发射效应 ()2120exp /I SAT e E kT βφ=- ()2ln 1I T T ∝()1 2 ln I V ∝ G 3 Poole-F rankel 效应 00 ()exp PF q qE SV I d kT ?πεεσ??-= - ? ??? ()ln 1I T ∝ ()1 2 ln I V V ∝ G 4 Hopping 传导 0exp(-)a E S I V d kT σ= ()ln 1I V T ∝ I V ∝ G 5 SCLC 效 应 2 3 98S S V I d εμθ= none n I V ∝ G 6 Standar d diode 方程 W d Mott-Gu rney law none J 1/2 V I -V 欧姆传导 None 有 用sclc
理解薄膜中电荷的输运机制对于分子电子器件的应用具有重要意义，例如分子二极管、分子晶体管和分子存储元件等。因此，关于金属电极薄膜中电荷的输运机制的研究已成为纳米材料研究中倍受关注的热点课题。电荷在金属电极-薄膜-金属电极结构中的输运机制主要有直接隧穿、Fowler –Nordheim 隧穿、Schottky 发射效应、Poole-Frankel 效应、跳跃传导（Hopping conduction ）及空间电荷限制（SCLC ）效应六种，各种输运机制的能带示意图，电流特性公式及电流对温度、电压的依赖关系如表1所示。 直接隧穿和Fowler –Nordheim 隧穿属于非共振遂穿，电流大小均和温度无关，其中直接隧穿适用于小电压范围（eV φ<），电流和电压呈线性关系；Fowler –Nordheim 隧穿适用于较高电压范围（eV φ>），()2ln I V 和1V 呈线性关系。在小电压范围，美国耶鲁大学Reed G7研究组利用直接隧穿模型研究了饱和烷硫醇自组装薄膜器件在变温条件下的电荷输运机制，并推算出势垒高度φ及衰减系数β。清华大学陈培毅教授G8等也对烷基硫醇饱和分子结中的电荷输运进行了研究，证实了隧穿为饱和分子结中的主要电荷输运机制。中国科学技术大学王晓平G9研究组研究了自组装硫醇分子膜输运特征的压力依赖性，分析表明自组装硫醇分子膜输运特征的压力依赖性也主要源于电荷在分子膜中的链间隧穿过程。在较高电压范围，韩国光州科学研究院Lee G10等观察到饱和烷硫醇自组装薄膜器件电流输运机制由直接隧穿转变为Fowler –Nordheim 隧穿,并研究了不同条件下过渡电压的变化规律。中科院上海微系统与信息技术研究所董耀旗 G11 等基于分栅闪存存储器的结构，对多晶硅/ 隧穿氧化层/多晶硅非平面结构的F-N 隧穿进行了研究。天津大学胡明教授G12 等在研究碳纳米管场发射性能时 认为其至少在某一电流密度范围内属于Fowler –Nordheim 遂穿。直接隧穿和Fowler –Nordheim 隧穿是饱和烷烃自组装薄膜中最常见的两种输运机制，然而对于π共轭分子，由于禁带宽度较小，则有可能是近似共振隧穿机制。 Schottky 发射效应是指在一定温度下, 金属中部分电子将获得足够的能量越过绝缘体的势垒，此过程又称为热电子发射，由电流特性公式可知()2ln I T 和1T 、()ln I 和12 V 均呈线性关系。美国匹兹堡大学Perello G13 等研究碳纳米管器件时观察到Schottky 发射效应并推算出Schottky 势垒。北京工业大学聂祚仁G14研究组也通过Schottky 发射效应分析研究了纳米复合W-La 2O 3材料的I-V 曲线并计算了材料的有效逸出功。 如果介质层包含有非理想性结构, 如不纯原子导致的缺陷, 那么这些缺陷将扮演电子陷阱的作用, 诱陷电子的场加强热激发将产生电流，此即为Poole-Frankel 效应。电流对温度和电压的关系为 ()ln 1I ∝和()1 2ln I V V ∝。西安电子科技大学汪家友教授 G15 等在研究a-C ：F 薄膜电学性能时观察到薄 膜在高场区符合Poole-Frankel 机制。如果介质层缺陷密度很大, 电子的输运将由跳跃传导控制，此时，电流和电压呈线性关系且()ln 1I V ∝。美国耶鲁大学周崇武 G16 等研究Au/Ti/4-thioacetylbiphenyl/Au 分子结时观察到，在负偏压且偏压较小时即属于跳跃传导机制。新加坡国立大学Nijhuis G17等在研究Ag TS SC 11Fc 2Lee, W. Y. Wang, M. A. Reed. Mechanism of Electron Conduction in Self-Assembled
固体物理第章固体电子论参考答案
固体物理第章固体电子 论参考答案 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
第四章 固体电子论 参考答案 1. 导出二维自由电子气的能态密度。 解： 二维情形，自由电子的能量是： 2π L x x k n =， 2πL y y k n = 在/k =到d k k +区间： 那么：2d ()d Z Sg E E = 其中：22 ()πm g E = 2. 若二维电子气的面密度为n s ，证明它的化学势为： 解：由前一题已经求得能态密度： 电子气体的化学势μ由下式决定： ()()22 2E-/E-/001d ()d πe 1e 1 B B k T k T L m E N g E L E μμ∞ ∞==++?? 令()/B E k T x μ-≡，并注意到：2s N n L = 那么可以求出μ：
证毕。 3. He 3 是费米子，液体He 3 在绝对零度附近的密度为0.081 g ／cm 3 。计算它的费米能E F 和费米温度T F 。 解：He 3 的数密度： 其中m 是单个He 3 粒子的质量。 可得： 代入数据，可以算得： E F ＝ erg = eV. 则：F F E T k ＝ K. 4.已知银的密度为3 10.5/g cm ，当温度从绝对零 度升到室温（300K ）时，银金属中电子的费米 能变化多少 解：银的原子量为108，密度为3 10.5/g cm ， 如果1个银原子贡献一个自由电子，1摩尔物质包含有个原子，则单位体积内银的自由电子数为 在T=0K 时，费米能量为
代如相关数据得 2/3 272 2 27 3 028 12(6.6310)()3 5.910()29.110()8 3.148.8710() 5.54() F erg s cm E g erg eV -----??????= ?????? ≈?≈ 在≠T 0K 时，费米能量 所以，当温度从绝对零度升到室温（300K ）时, 费米能变化为 代如相关数据得 可见，温度改变时，费米能量的改变是微不足道的。 5. 已知锂的密度为3 0.534/g cm ，德拜温度为370K ，试求 （1）室温（300K ）下电子的摩尔比热； （2）在什么温度下，锂的电子比热等于其晶格比热 解：（1）金属中每个电子在常温下贡献的比热 2 '0()2B V B F k T C k E π= （1） 式中0F E 为绝对零度下的费米能： 2 2/33()28F h n E m π= （2）
Tb掺杂LaMnO_3材料的电输运与介电性能研究
Ｔｂ掺杂ＬａＭｎＯ３材料的电输运与介电性能研究 ＊ 张开拓１，郑 舒１，张营堂２ （１ 河南机电高等专科学校电气工程系，新乡４５３０００；２ 陕西理工学院材料学院功能材料研究所，汉中７２３００３）摘要 采用固相反应法制备了Ａ位掺杂的Ｌａ０．９５Ｔｂ０．０５ＭｎＯ３（ＬＴＭＯ）钙钛矿材料。研究了ＬＴＭＯ的电输运性能、磁性能以及介电性能。结果表明，ＬＴＭＯ表现出半导体电输运特性，其磁序结构表现出类自旋玻璃行为，而其介电性能在１００Ｋ附近表现出弛豫特性，当温度高于１００Ｋ时ＬＴＭＯ介电常数ε′随温度的升高几乎不变化，表现出介电常数的高温稳定性。 关键词 Ｌａ０．９５Ｔｂ０．０５ＭｎＯ３ 电输运特性 类自旋玻璃 介电弛豫中图分类号：ＴＢ３４ 文献标识码：Ａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ Ｔｂ Ｄｏｐ ｅｄ ＬａＭｎＯ３ＺＨＡＮＧ Ｋａｉｔｕｏ１，ＺＨＥＮＧ Ｓｈｕ１，ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇｔａｎｇ ２ （１ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｎａｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３０００；２ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ ７２３００３）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｂｕｌｋ ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ Ｌａ０．９５Ｔｂ０．０５ＭｎＯ３（ＬＴＭＯ）ｗｅｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｗｅｒｅ ｅｘａｍｉｎｅｄ．ＬＴＭＯ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｓｅｍｉｃｏｎ－ｄｕｃｔｏｒ，ａｎｄ ｉｔｓ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｒｅ ｓｐｉｎ－ｇｌａｓｓ ｌｉｋｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ．Ｉｔ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ａｔ ｌｏｗｅｒ １００Ｋ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｒｅｍａｉｎ ａｌｍｏｓｔ ｕｎｃｈａｎｇｅｄ ａｔ ｈｉｇ ｈｅｒ １００Ｋ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｌａ０．９５Ｔｂ０．０５ＭｎＯ３，ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｓｐｉｎ－ｇｌａｓｓ ｌｉｋｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ＊陕西省教育厅专项科学研究项目（ １２ＪＫ０９５３）；电力设备电气绝缘国家重点实验室开放课题（ＥＩＰＥ１１２０７） 张开拓： １９７８年生，硕士，实验师，研究方向为电缆材料及其测试 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｋｔ８００９＠１６３．ｃｏｍ 近年来， 钙钛矿结构的锰氧化物及其薄膜因其表现出的奇特电输运性能、 磁性能、介电性能和光性能而备受人们关注［１－４］。当Ｓｒ２＋和Ｃａ２＋ 部分取代ＬａＭｎＯ３（ＬＭＯ）的Ａ位离子时，出现了金属－绝缘体转变，同时在转变点附近也发现了巨磁电阻效应［５－７］ 。另外，ＴｂＭｎＯ３表现出的磁电耦合特性也引起了人们的广泛兴趣［８，９］ 。但由于ＴｂＭｎＯ３的磁电耦合 温度很低，制约了ＴｂＭｎＯ３体系的研究和应用， 人们一直试图提高ＴｂＭｎＯ３的磁电耦合温度［１０］。本实验利用等价Ｔｂ３＋ 取代ＬａＭｎＯ３中的Ｌ ａ３＋ ，研究体系的电输运性能、磁性能以及介电性能。 １ 实验 采用传统固体反应法（陶瓷烧结法）制备ＬＴＭＯ陶瓷材料，成功制备出单相的ＬＴＭＯ材料样品，ＬＴＭＯ样品的制备过程的具体工艺流程为： （１）原料选择与处理。实验所用原料Ｌａ２Ｏ３、ＭｎＯ２和 Ｔｂ２Ｏ７均为分析纯（ 纯度９９．９９％）。为保障化学计量比准确，称量前将易吸潮的Ｌａ２Ｏ３放于烘箱中烘干（９００℃、２ｈ）。（２ ）配料。根据计算好的化学配比，用电子天平称取化学粉末并置于预先准备好的球磨罐中。 （３ ）混合。将称量好的原料放入研磨皿，进行混合研磨，每个样品每次研磨６ｈ以上， 为了使其混合均匀，另外在研磨过程中一定小心，不让原料损失，防止成分偏差。 （４ ）预烧。将磨好的样品用模具压制成块，放入低温炉中预烧，温度在９００～１０００℃，恒温１２ｈ，最后随炉冷却至室温。 （５）粉碎。将预烧合成后的样品放入研磨皿研磨６ｈ以上，反复３次预烧、研磨过程。（６）成型。把第４次研磨好的原料用千斤顶压成直径３ｃｍ的圆片。 （７）烧结。烧结是通过一定的高温处理过程，使成型的坯体发生预期的物理化学反应和充分致密化，形成所需的化学组成和微观结构，得到具有所要求的物理化学性能陶瓷的全过程。在１３００℃左右烧结２４ｈ， 即可获得单相多晶陶瓷。利用Ｘ射线衍射仪测试样品的ＸＲＤ谱图，采用Ｃｕ靶，管压３０ｋＶ，管流２０ｍＡ，扫速８（°）／ｍｉｎ，扫描范围１０～８０°，步长０．０８° 。采用四点法测量样品的电输运性能。首先对样品表面进行打磨处理，并用酒精进行清洗，使表面保持清洁平整；用铟在样品表面制作４个电极；在液氮的条件下，冷却样品到液氮温区；而后在慢慢升温过程中测量电阻－温度（Ｒ－Ｔ）曲线。 通过带场冷（ＦＣ）和零场冷（ＺＦＣ）两种测量模式在超导量子干涉仪（ＳＱＵＩＤ） 系统中测量样品的直流磁化率曲线。· ５１１·Ｔｂ掺杂ＬａＭｎＯ３材料的电输运与介电性能研究 ／张开拓等
2007试卷_固体电子器件原理_参考答案
贵州大学2006-2007学年第二学期考试试卷 A 卷 科目名：固体电子器件原理 参考答案 注意事项： 1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。 2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。 3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。 4. 满分100分，考试时间为120分钟。 一、能带理论 （共22分） 1.画出零偏理想条件下金属-n 型硅半导体接触后的能带图（不考 虑界面态和表面态），(a) 金属功函数大于半导体功函数；(b) 金属功 函数小于于半导体功函数。分别说明是整流接触还是欧姆接触。（8分）
2. 画出p型硅衬底上的理想MOS结构在零偏、负偏和正偏条件下的能带图，指出半导体表面的积累、耗尽和反型状态。（共14分） 零偏时能带图 表面积累状态 表面耗尽状态
表面反型状态 或参考
二、器件模型与概念 （共34分） 1. 说明pn 结复合电流、产生电流的成因，它们对pn 结的电流-电压关系有什么影响？（8分） 提要：pn 结处于非平衡态时，空间电荷区载流子浓度关系式为 )/ex p(.2kT qV n np i = pn 结正偏时，V > 0, 2 i n np >,耗尽区有电子-空穴复合而形成的复合电流，电流大小等 于 )2/exp(2kT qV W qn i τ ，小的正偏压下，复合电流是pn 结的主要电流。 pn 结反偏时，V < 0, 2 i n np <,耗尽区有电子-空穴产生，产生的电子空穴在电场的作用下 形成反向电流，电流大小等于 τ 2W qn i ，称为反向产生电流。计算表明，pn 结反向产生电流比反向饱和电流大3—4个数量级。因此，反向产生电流总是pn 结反向电流的主要成分。 2. 简述pn 结空间电荷区（耗尽区）形成的原因，说明“突变空间电荷区近似”的概念。（8分） 提要：冶金界面两边的浓度差—多数载流子扩散—界面n 型侧留下不可动的带正电的电离施主，界面p 型侧留下不可动的带负电的电离受主。电离施主和电离受主形成的区域称为空间电荷区。由电离施主指向电离受主的电场称为自建电场。自建电场对载流子有反方向的漂移作用。当扩散作用与漂移作用达到动态平衡时，空间电荷区电荷固定，自建电场的大小固定，接触电势差为定值。 “突变空间电荷区近似”模型认为，由于自建电场的作用，可近似认为空间电荷区内的自由载流子—电子和空穴 被完全“扫出”该区域，只剩下电离受主和电离施主原子，空间电荷区是一个高阻区，所以空间电荷区又称为耗尽区或阻挡层。此外，空间电荷区的边界虽然是缓变的，但计算表明过度区很窄，因此，可近似认为空间电荷区边界是突变的。空间电荷区外是电中性的，与空间电荷区内相比，电阻率很小，可近似为零。这三个近似条件，称为突变空间电荷区近似或突变耗尽近似。 3．简述正向有源状态下双极型晶体管的发射结注入效率、基区输运系数两参数的物理意义。（6分） 提要：以npn 晶体管为例，正偏的BE 结，既有发射区电子向基区的注入，也有基区空穴向发射区的注入。就晶体管的使用而言，希望发射区电子向基区的注入的比例越大越好，可称其为正向有效注入。发射结注入效率指正向有效注入与总注入的比例。 发射区向基区注入的电子，进入基区边界后继续向BC 结空间电荷区边界输运，输运过程中部分电子与基区多数载流子空穴复合。基区输运系数定义到达BC 结空间电荷区边界处的电子电流与进入基区BE 结空间电荷区边界处的电子电流之比，因此，基区输运系数表示基区复合损失的大小。 4．什么是pn 结耗尽层电容（势垒电容）？什么是pn 结的扩散电容？（6分） 提要：pn 结空间电荷区的电荷随外加电压的变化而变化的电容效应就是pn 结耗尽层电容
固体的电性质：输运过程
固体的电性质：输运过程 6 导体 导体、半导体和超导体的严格分类必须由四面体中电子贡献的总电流密度j 来判定。 在电子的能带理论中，四面体中的总电流密度j 也必须通过所有电子能带中的非平衡统计进行计算： ()() 33 31 ,,4n n n d k j d r g r k t ev k V π??= -?? ∑?????? 6-1 ( )()()()() ,,,n n F D n c df g r k t f k e E r t v k k d ετε-??????≈--? ??????? 6-2 已知固体中的电子总数为a L Zn N ，所有电子的量子态将由低能到高能填充到各条能带中去。在非铁磁的固体中（自旋上下的能带不分裂），一条能带总共可以填充2L N 个电子的量子态，因此总能带数约为2a Zn （由于能带的交叠，这个数量是近似而不准确的）。内层电子的大多数能带都是满带的，但是有一条或几条价电子的能带是半满带。 满带中所有电子贡献的总电流密度为 ()() 33 04F D n n n d k j f k ev k επ -????= -≡???? ??? 6-3 这意味着，满带对固体电导没有贡献。 在绝缘体和半导体中，接近0K 时所有的能带都是满带或者空带；常温下，满带的电子被部分激发到空带，使得它们俩同时变成了半满的能带，从而具有了一定的导电能力。 半满带中，非平衡统计会偏移费米统计，但从统计上说，经过弛豫时间F τ，非平衡统计( ) ,,n g r k t 会回到平衡状态()F D n f ε-： F F F F eEl k eE k ετ??≈ 6-4 其中，F F F l v τ=是位于费米面上的电子的平均自由程。 在半满能带中的所有布洛赫电子贡献的总电流密度是： ()() 3 2304F n n n d k df j e v k v k E d τπε?? =-?≠ ??? ??? 6-5 由此可见，固体中总电流都是由半满能带贡献的。在能带论中，总的电导率矩阵是：
钙钛矿氧化物异质结界面电磁输运性质的研究
钙钛矿氧化物异质结界面电磁输运性质的研究近年来,薄膜沉积技术（例如90°离轴溅射、脉冲激光沉积以及分子束外延等）以及原位监测技术（例如反射高能电子衍射）已经取得了长足的进步,这使我们现在不仅可以实现在原子尺度上精确生长钙钛矿氧化物薄膜,而且还可以在薄膜生长过程中调节和增强其物理性质。钙钛矿氧化物的电学输运性质丰富,涵盖了绝缘性、半导体和金属性。 钙钛矿氧化物还具有广阔的功能特性,譬如铁磁性、多铁性、高温超导、压电性、铁电性和热电性等,所有这些性质都对化学计量比、结构畸变和外部场等因素敏感。相比于传统半导体材料,钙钛矿氧化物提供了更多结构和功能的选择。 因此,将两种不同的钙钛矿氧化物材料组装成异质结会催生出更新奇的物理现象,譬如二维电子气、磁性、高温超导、磁性与超导性共存、巨磁阻效应、光电效应等。钙钛矿氧化物异质结不仅提供了制造新型多功能器件的可能性,而且还挑战了我们目前对界面上强关联效应的理解。 在传统的半导体异质结中,电子关联效应比较弱,界面处的平移对称性破缺导致电荷穿过界面重新分布以及界面附近能带的弯曲。在复杂的钙钛矿氧化物异质结中,电子之间具有很强的关联效应,能带结构通常不是刚性的,而是随电荷密度的变化而发生显著变化,因此不能用半导体异质结中非相互作用模型来描述,理解各自由度之间的相互耦合或竞争是个巨大的挑战。 本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对不同种类的钙钛矿氧化物异质界面进行了系统的理论研究。首先研究了 LaGaO3/SrTiO3异质界面和 NdGaO3/SrTiO3异质界面二维电子气的起源,发现了两
电子科大考试科目微电子与固体电子学
考试科目832微电子器件考试形式笔试（闭卷） 考试时间180分钟考试总分150分 一、总体要求 主要考察学生掌握“微电子器件”的基本知识、基本理论的情况，以及用这些基本知识和基本理论分析问题和解决问题的能力。 二、内容 1．半导体器件基本方程 1）半导体器件基本方程的物理意义 2）一维形式的半导体器件基本方程 3）基本方程的主要简化形式 2．PN结 1）突变结与线性缓变结的定义 2）PN结空间电荷区的形成 3）耗尽近似与中性近似 4）耗尽区宽度、内建电场与内建电势的计算 5）正向及反向电压下PN结中的载流子运动情况 6）PN结的能带图 7）PN结的少子分布图 8) PN结的直流伏安特性 9）PN结反向饱和电流的计算及影响因素 10）薄基区二极管的特点 11）大注入效应 12）PN结雪崩击穿的机理、雪崩击穿电压的计算及影响因素、齐纳击穿的机理及特点、热击穿的机理 13）PN结势垒电容与扩散电容的定义、计算与特点 14）PN结的交流小信号参数与等效电路 15）PN结的开关特性与少子存储效应 3．双极型晶体管 1）双极型晶体管在四种工作状态下的少子分布图与能带图 2）基区输运系数与发射结注入效率的定义及计算 3）共基极与共发射极直流电流放大系数的定义及计算 4）基区渡越时间的概念及计算 5）缓变基区晶体管的特点 6）小电流时电流放大系数的下降 7）发射区重掺杂效应
8）晶体管的直流电流电压方程、晶体管的直流输出特性曲线图9）基区宽度调变效应 10）晶体管各种反向电流的定义与测量 11）晶体管各种击穿电压的定义与测量、基区穿通效应 12）方块电阻的概念及计算 13）晶体管的小信号参数 14）晶体管的电流放大系数与频率的关系、组成晶体管信号延迟时间的四个主要时间常数、高频晶体管特征频率的定义、计算与测量、影响特征频率的主要因素 15）高频晶体管最大功率增益与最高振荡频率的定义与计算，影响功率增益的主要因素 4．绝缘栅场效应晶体管（MOSFET） 1）MOSFET的类型与基本结构 2）MOSFET的工作原理 3）MOSFET阈电压的定义、计算与测量、影响阈电压的各种因素、阈电压的衬底偏置效应 4）MOSFET在非饱和区的简化的直流电流电压方程 5）MOSFET的饱和漏源电压与饱和漏极电流的定义与计算 6）MOSFET的直流输出特性曲线图 7）MOSFET的有效沟道长度调制效应 8）MOSFET的直流参数及其温度特性 9）MOSFET的各种击穿电压 10）MOSFET的小信号参数 11）MOSFET跨导的定义与计算、影响跨导的各种因素 12）MOSFET的高频等效电路及其频率特性 13）MOSFET的主要寄生参数 14）MOSFET的最高工作频率的定义与计算、影响最高工作频率的主要因素 15）MOSFET的短沟道效应以及克服短沟道效应的措施 三、题型及分值 填空题（45分） 简述题（60分） 计算题（45分）
介观纳米体系的电子输运性质
介观纳米体系的电子输运性质 介观纳米体系的研究是目前凝聚态物理十分活跃的前沿研究领域之一。它不断揭示出一系列重要的物理内禀,同时也展现出广泛的应用前景。 本论文运用格林函数方法研究了介观纳米体系的电子输运现象。其目的在于揭示这些结构中的新效应及其物理机制,并为设计和实现具有优良性能的量子器件提供物理模型和理论依据。 本论文共分八章。第一章介绍了介观纳米体系的结构和性质特征,特别是电子输运性质。 在第二章中,简单介绍了格林函数方法,并利用该方法计算了T型量子线在 势调制下的电子输运性质。讨论了单个和耦合T型量子线垂直手臂中的势垒对输运的影响。 对于单个T型量子线,在势调制下水平和拐角方向的电导上出现了一个谷峰对;势垒宽度的变化使得谷峰对变得更明显。这个谷峰对是由T型量子线中的束缚态引起的。 对于两个耦合T型量子线,势调制与水平方向电导上的两个谷是紧密关联的。我们可以通过势调制来实现对电导谱的裁剪。 在第三章中,用模匹配方法计算了十字型、T型和L型量子线及量子点中束 缚态在势调制下的能量和波函数,发现了束缚态能量与势调制之间的普适关系。用电子几率密度图显示了不同量子结构中束缚态之间的演化。 同时我们的计算表明局域在量子点中的电子态在势调制下经历了一个从束 缚态到准束缚态再到束缚态的演化过程。在第四章中,研究了一个有限量子反点阵列中的束缚态及其引起的传输共振现象。
我们计算了几种不同几何结构的电导,讨论了量子反点之间的距离对量子束缚态及电子输运的影响,也讨论了反点阵列的周期对高能束缚态的影响。发现了一些有趣的高能准束缚态,电子在这些态中主要是局域在结的交叉区域而不是在结中。 在第五章中,我们计算了两种典型的开放周期型结构的电导。对于包含n个限制区域的多波导管结构,在低能区域出现了(n-1)重的共振劈裂峰而在高能区域则是(n-2)重的共振劈裂峰。 前者主要是由局域在突起中的束缚态引起的,而后着则对应于局域在限制区域的高能束缚态。对于高能束缚态,结构中突起的作用相当于一个势垒而不是一个势阱。 当限制区域的长度增加时,更多的束缚态将存在于限制区域中。对于量子反点阵列结构,在电导第一起始能量处同样存在(n-2)重的共振劈裂。 在第五章的基础上,第六章研究了在磁调制下两种典型的周期结构中由束缚态引起的传输共振现象。对于包含n个垒的电超晶格结构,在第一电导台阶开始的地方出现了(n-1)重共振劈裂。 这些共振峰是由磁场调制下的束缚态引起的,处于这些束缚态中的电子主要是局限在势垒而不是势阱中。对于包含n个限制区域的多波导管结构,高能区的(n-2)重共振劈裂在磁调制下变成了(n-1)重共振劈裂。 在第七章中,研究了四种L型石墨纳米带的电导和局域态密度。结果表明,这些结构在费米面附近的电导取决于扶手椅型边界石墨带的类型。 当石墨纳米带的横向尺寸较小时,其电导及态密度对几何结构非常敏感。第八章对本论文的工作进行了总结,并对以后的工作提出了一些设想。
微电子学与固体电子学.doc
微电子学与固体电子学 080903 (一级学科:电子科学与技术) 本学科是电子科学与技术一级学科下属的二级学科, 是2003年由国务院学位办批准的博士学位授予点。 本学科在信息科学的大领域内, 紧跟微电子学学科发展方向, 研究微电子与固体电子器件物理、超大规模集成电路、微波集成技术以及新型的半导体材料与器件。主要包括亚微米、深亚微米集成电路的设计、SOC、微处理器系统结构、模拟电路系统和数字处理系统的设计。新型半导体材料以及新型微电子器件研究等。主要的研究方向有： 1. 深亚微米集成电路设计：设计0.25微米及其以下特征尺寸的数字集成系统, 如0.18um、0.15um 的数字系统设计, 以及超深亚微米如90um的高速超大型系统的设计。 2. SOC设计及微处理器系统结构研究：单片系统如单片通信机中的视频系统及其快速变频系统的设计技术。多处理器协同处理(超大容量、高速信号/数据处理)系统设计研究。 3. 混合信号集成电路设计：模拟和数字处理系统(如手机及GPS接收机电路等系统设计)混合集成电路设计。 4. 微波集成技术：微波电路、微波网络、微波集成电路以及微波与光波相互作用机理的研究。 5. 半导体材料与器件：纳米、能源、热/电/光材料的研究和开发，新型MEMS微型电源、制冷器件的研究。 一、培养目标 要求本学科博士学位获得者德、智、体全面发展。热爱祖国, 拥护中国共产党的领导, 认真学习马列主义、毛泽东思想和邓小平理论, 遵纪守法, 为人正直, 品行端正, 有较强的事业心, 积极为建设祖国服务。在微电子学与固体电子学学科领域内具有坚实宽广的基础理论和系统深入的专业知识, 对本学科研究前沿和发展趋势具有系统、深入的了解和把握；掌握相应实验技术和计算机技能, 至少熟练掌握一门外语；有严谨、求实的科学态度和工作作风, 能独立从事并领导、组织相关学科的科学研究, 对本学科的某一方面有较深入的研究并有创新性的研究成果, 具备成为学术带头人或项目负责人的基本素质, 能胜任科研机构、高等院校及产业部门的科研、教学、工程设计、开发或管理工作。 二、课程设置 1．硕士起点博士课程 ·97·
等离子体电子学
西安交通大学电子与信息工程学院研究生课程《等离子体电子学》 第六章气体中带电粒子输运的一般性质 主讲人：王洪广 2017-05-10
●直流电场中的电子输运 ?输运参数 ?前面所讲的电子群参数与此处的输运参数含义基本相同 ?低温等离子体工业应用中主要涉及两种外加电场：直流电场和射频电场， 两种情况下输运参数不同 ?直流电场中输运参数依赖于约化场强E/N ?射频电场中输运参数同时依赖于E/N和频率 ?本章内容输运参数的讨论限于流体力学参数范围（E/N<~1000）
●直流电场中的电子输运 ?输运参数（续） ?现有输运参数的数据主要来源与实验测量（实验测量是在高气压条件下 进行的，高气压下非流体效应可忽略），有两类主要的实验测量方法 ?快门栅法（精度高，但只适用于低约化场强情况） ?脉冲汤森实验（精度相对低，±3%，但可用于较高约化场强情况） ?这些数据可用于低温等离子体的数值模拟 ?有专门相关的文献和网络数据库
●直流电场中的电子输运 ?电子迁移速度 ?分为四个主要区段 ?低约化场强，电子的动能 通过弹性碰撞转移出去 ?单原子气体，电子的一部 分动能不能交换出去 ?多原子气体，因为振动激 发态的存在能更有效地吸 收电子的动能 ?激发，电子的能量可以有 效地交换出去
●直流电场中的电子输运 ?电子迁移速度（续） ?不同气体的差别 ?多原子气体明显存在 III区及相应的极值 ?单原子和双原子气体 则不明显 多原子分子迁移速度从极大值随 E/N增大而变小的现象称为负微 分电导（具体需要用能带理论去 解释）
●直流电场中的电子输运 ?多原子分子迁移过程中的速度分布 ?三种不同的约化场强下，可以看到 整体速度从大、到小再变大的变化 情况
In掺杂对PbTe薄膜结构及电输运特性影响
Modern Physics 现代物理, 2017, 7(6), 249-256 Published Online November 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/517838720.html,/journal/mp https://https://www.wendangku.net/doc/517838720.html,/10.12677/mp.2017.76029 The Influence of In Doping on the Structure and Electric Transport Characteristics of PbTe Thin Films Shanhu Xu1, Chunbo Zheng1, Lei Jiang1, Zhonglan Chen1, Dan Zhou1, Xi Zhu1, Jianxiao Si2, Qing Liao3, Haifei Wu1* 1Department of Physics, Shaoxing University, Shaoxing Zhejiang 2College of Mathematics, Physics and Information Engineering, Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang 3Department of Materials Science and Engineering, Hezhou University, Hezhou Guangxi Received: Nov. 7th, 2017; accepted: Nov. 22nd, 2017; published: Nov. 27th, 2017 Abstract In this paper, Pb1?x In x Te (0.00 ≤x ≤0.20) thin films were epitaxially grown on BaF2(111) sub-strate using molecular beam epitaxy (MBE). The results show that when x ≤ 0.06, In atoms act as substitutional doping in PbTe, forming n type cubic Pb1?x In x Te structure, and their conductivity increase with In doping increasing; When x ≥ 0.10, In atoms are oversaturated in PbTe and In2Te3 phase were formed , resulting in the sharply decrease of the film conductivity. In atoms segregate to film surface among the entire doping process. Comprehensive analysis of the Seebeck coeffi-cient and conductivity test results of different In doping Pb1-x In x Te films, we can obtain that elec-trical transport properties of PbTe can be improved by trace In doping, and Pb1-x In x Te (x = 0.06) thin film is the optimum, its power factor at 440K can be up to 9.7 μW?cm?1?K?2 at 400 K, which is 1.2 times greater than that of PbTe. Keywords Thermoelectric Material, Pb1?x In x Te, Molecular Beam Epitaxy In掺杂对PbTe薄膜结构及电输运特性影响 徐珊瑚1，郑春波1，蒋磊1，陈忠兰1，周丹1，朱希1，斯剑霄2，廖清3，吴海飞1* 1绍兴文理学院物理系，浙江绍兴 2浙江师范大学数理与信息工程学院，浙江金华 3贺州学院材料与环境工程学院，广西贺州 *通讯作者。
石墨烯带的电子输运性质【开题报告】
毕业论文开题报告 物理 石墨烯带的电子输运性质 一、选题的背景与意义 2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K. Geim)等制备出了石墨烯。瑞典皇家科学院2010年10月5日宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·K·海姆和康斯坦丁·沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。 石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。比钻石还要坚硬，可做“太空电梯”缆线，也可以代替硅生产超级计算机。石墨烯晶体管可提供无线电频段的功率增益。在大面积显示和光电设备中，石墨烯可作为高效的半导体或透明导电涂料。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题 研究的基本内容： 在理论上计算石墨烯带的电子输运。 拟解决的主要问题： 通过计算石墨烯带电子输运，找出其性质特点。 三、研究的方法与技术路线 1. 根据石墨烯带特点得到理论上的电子输运方程。 2. 将推导的方程编写成maple语言，得到理论结果。 四、研究的总体安排与进度 2010年11月到12月：学习石墨烯的基础知识，并通过maple编写一些简单的程序；2010年12月：参石墨烯的论文，推导用于电子输运的方程，并在程序上实现； 2010年1月：学习石墨烯关于原理的论文，在程序上实现各参数改变对电子输运的影响，并从理论上解释； 2010年3月到4月：完成论文。 五、主要参考文献 1. Ercag Pince and Coskun Kocabasa. Investigation of high frequency performance limit of graphene field effect transistors. APPLIED PHYSICS LETTERS 97, 173106