"Tarian" putaran elektronik dalam semikonduktor jenis p

Di sini, kita akan mengkaji peranan yang dimainkan oleh putaran elektronik dalam doping dengan kekotoran trivalen.

Spin-singlet dan prinsip pengecualian Pauli

Rajah 1 menggambarkan proses ini dengan mengingati bahawa sejumlah tenaga (asal terma) diperlukan untuk memecahkan ikatan kovalen. Tanpa kehilangan keluasan, mari kita rujuk kepada sampel Si bagi isipadu unit.

Rajah 1: Segi empat tepat merah kecil di bahagian atas, di mana keadaan putaran elektron ditentukan (anak panah biru), pecah berikutan pergolakan terma. Oleh itu, elektron dibebaskan, yang bukannya memperoleh tenaga kepunyaan jalur pengaliran, melengkapkan keadaan singlet putaran salah satu elektron valens Si yang cuba mengikat elektron yang hilang bagi kekotoran trivalen.

Kekotoran trivalen tunggal yang memperoleh elektron kemudiannya menjadi ion negatif seperti yang digambarkan dalam Rajah 2. Berbanding dengan tiga elektron yang tinggal, elektron berlebihan kurang terikat dengan ion, jadi ia menduduki tahap tenaga lebih tinggi sedikit daripada bahagian atas jalur valens. Kehadiran bilangan makroskopik kekotoran trivalen menghasilkan spektrum yang sangat padat berpusat pada ?εa =?εg+?, di mana εg> 0 ialah celah jalur manakala 0 < ? ? εg. Menurut prinsip pengecualian Pauli, setiap tahap diduduki oleh paling banyak dua elektron dengan putaran antiselari.

Rajah 2: Pembentukan ion negatif berikutan pemerolehan elektron daripada ikatan kovalen yang terputus

Persamaan berfungsi untuk potensi kimia

Berdasarkan satu siri terbitan, persamaan berikut boleh diterbitkan:

Persamaan transenden dalam μ (T) ini boleh dijadikan algebra dengan menukar kepada fugacity z (T) = exp (μ(T) / kBT):

Di mana:

Kesimpulan

Kami menyimpulkan analisis separa ini, walau bagaimanapun kaya dengan kandungan fizikal, dengan menyerlahkan peranan yang dimainkan oleh pembentukan keadaan spin-singlet yang mencerminkan prinsip pengecualian Pauli. Oleh itu, kita berada di hadapan kesan kuantum biasanya, yang melarikan diri dari persepsi kita pada asasnya berdasarkan mekanik klasik.