p 型半导体中的电子自旋“舞蹈”

在这里，我们将研究电子自旋在三价杂质掺杂中所起的作用。

自旋单重态和泡利不相容原理

图 1 说明了这一过程，我们回顾一下需要一定量的能量（热能）来打破共价键。为了不失一般性，我们以单位体积的 Si 样品为例。

图 1：顶部的小红色矩形，其中指定了电子的自旋状态（蓝色箭头），在热扰动后断裂。因此，电子被释放，它不是获得属于导带的能量，而是完成 Si 的价电子之一的自旋单重态，该价电子试图与三价杂质的缺失电子结合

如图2所示，获得一个电子的单个三价杂质随后变成负离子。与剩余的三个电子相比，多余的电子与离子的结合力较弱，因此其占据的能级略高于价带顶。大量三价杂质的存在会产生以?为中心的极其密集的光谱。εa =？εg+？， 在哪里 εg> 0 为带隙，0 < ？ ？ εg根据泡利不相容原理，每个能级最多被两个具有反向平行自旋的电子占据。

图 2：共价键断裂后获得电子，形成负离子

化学势函数方程

经过一系列推导，可以得出如下公式：

μ (T) 中的超越方程可以通过转换为逸度 z (T) = exp (μ(T) / kBT) 来代数化：

地点：

结语

我们通过强调反映泡利不相容原理的自旋单重态的形成所起的作用来结束这一部分分析，尽管它具有丰富的物理内容。因此，我们面对的是典型的量子效应，这些效应基本上超出了我们基于经典力学的认知范围。