p형 반도체의 전자 스핀의 "댄스"

여기에서는 3가 불순물의 도핑에서 전자 스핀이 수행하는 역할을 살펴보겠습니다.

스핀 싱글릿과 파울리 배타 원리

그림 1은 공유 결합을 끊는 데 일정량의 에너지(열적 기원)가 필요하다는 것을 상기시켜 이 과정을 설명합니다. 일반성을 잃지 않고 단위 부피의 Si 샘플을 참조해 보겠습니다.

그림 1: 전자의 스핀 상태가 지정된(파란색 화살표) 위쪽의 작은 빨간색 사각형은 열 교반 후 끊어집니다. 따라서 전자가 방출되어 전도대에 속하는 에너지를 얻는 대신 XNUMX가 불순물의 결여된 전자에 결합하려는 Si의 원자가 전자 중 하나의 스핀 싱글렛 상태를 완성합니다.

전자를 얻은 단일 2가 불순물은 그림 XNUMX에서 볼 수 있듯이 음이온이 됩니다. 나머지 세 전자에 비해, 과잉 전자는 이온에 덜 깊이 결합되어 원자가 띠의 꼭대기보다 약간 높은 에너지 준위를 차지합니다. 거시적으로 많은 수의 XNUMX가 불순물이 존재하면 γ를 중심으로 매우 조밀한 스펙트럼이 생성됩니다.εa =?εg+?, 어디 εg> 0은 밴드갭이고 0 < ? ? εg파울리 배타 원리에 따르면, 각 수준은 반평행 스핀을 갖는 최대 2개의 전자로 채워집니다.

그림 2: 깨진 공유 결합으로부터 전자를 획득한 후 음이온 형성

화학적 잠재력에 대한 함수 방정식

여러 가지 파생을 바탕으로 다음과 같은 방정식을 도출할 수 있습니다.

μ(T)의 이 초월 방정식은 퓨가시티 z(T) = exp(μ(T) / kBT)로 전환하여 대수적으로 만들 수 있습니다.

어디에:

맺음말

우리는 물리적 내용이 풍부하지만, 파울리 배타 원리를 반영하는 스핀-싱글렛 상태의 형성이 하는 역할을 강조함으로써 이 부분적 분석을 마무리합니다. 따라서 우리는 본질적으로 고전 역학에 기반한 우리의 지각에서 벗어나는 전형적인 양자 효과의 존재에 있습니다.