p 型半導體中的電子自旋“舞蹈”

在這裡，我們將研究電子自旋在三價雜質摻雜中所扮演的角色。

自旋單重態與泡利不相容原理

圖 1 透過回顧打破共價鍵所需的一定量的能量（熱能）來說明這個過程。不失一般性，我們以單位體積的 Si 樣本為例。

圖 1：頂部的小紅色矩形，其中指定了電子的自旋態（藍色箭頭），在熱擾動後斷裂。因此，電子被釋放，它不獲得屬於導帶的能量，而是完成 Si 的一個價電子的自旋單重態，該價電子試圖與三價雜質的缺失電子結合

如圖2所示，獲得一個電子的單一三價雜質隨後變成負離子。與剩餘的三個電子相比，多餘的電子與離子的結合力較弱，因此其佔據的能階略高於價帶頂。大量三價雜質的存在會產生以?為中心的極其密集的光譜。εa =？εg+？ ， 在哪裡 εg> 0 為帶隙，0 < ？ ？ εg。根據泡利不相容原理，每個能階最多由兩個具有反向平行自旋的電子佔據。

圖 2：共價鍵斷裂後獲得電子，形成負離子

化學勢函數方程

經過一系列推導，可以得到以下公式：

μ (T) 中的超越方程式可以透過轉換為逸度 z (T) = exp (μ(T) / kBT) 來代數化：

當：

結語

我們透過強調反映泡利不相容原理的自旋單重態的形成所起的作用來結束這一部分分析，無論其物理內容多麼豐富。因此，我們面臨典型的量子效應，這基本上超出了我們基於經典力學的認知範圍。