电于在实空间振荡 周期大、弛豫时间长就可以观察到 ·很难观测:电子将受到杂质、原子振动和缺陷 极低湿(散射可略),超晶格(周期大)中 的散射(碰撞),来不及完成振荡就被散射 观察到与这一振荡有关的负阻现象 观察到这种振荡的条件是m 提出一个全新的革命性概念—半导体人工起墨格 ~k空间速度/布里渊区宽度9/ 由两种半导体材料A和B交替地周期性选加而 成(如 GaAs/alga1xAs),一维 晶格常敷是101米的量级;弛豫时间是101秒 量级,滿足这个条件需要10V/M量级的电场强 度,击穿 种p∥45.2413che國体学 体理学 2、超晶格电子态 ·两种树料带隙不同,形成这样一维周期变化的 结构 为什么超晶格有这样的性质—能带 对电子或空穴分别形成势垒和势阱 单个势阱,有效质亚方法 d100来 V+v()l(r)=Ew(r) 波函数应为 代入后可得 45.24112gche园体制学 趣452413 binche体嚼理学 假定V是个无限深势阱问题,可以解这个方程 ·有限深势阱,这时,波函数将是共有化的,即 得到 Bloch禹数 f(-)=1-sin 可以用单势阱波函数组成 Bloch和 E 以得到z方向的能带 能量是量子化的,与有效质量反比,与阱宽的 平方反比:势阱越窄,量子化效应越明显 E(k )=E+2.Jcoskd 般要小于100米才能看出来 ·原来分裂的能级现在扩展成能带,宽度4.J 是表示势阱间相互作用强度的量 崎和朱兆祥蚤然没有看到Boch振荡,但观 察到了电流随电压增加,然后随电压增加而下 降的所谓负电阻现象 种45.2413yche是学 趣452413 binche物理学2 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 7 • 电子在实空间振荡 • 很难观测：电子将受到杂质、原子振动和缺陷 的散射（碰撞），来不及完成振荡就被散射。 观察到这种振荡的条件是 ωτ >> 1 • 晶格常数是10-10米的量级；弛豫时间是10-13秒 量级，满足这个条件需要107V/M量级的电场强 度，击穿。 ω ~ k空间速度 / 布里渊区宽度 h h qEa a qE = 1 ~ / h qEa ω ~ http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 8 • 周期大、弛豫时间长就可以观察到？ • 在极低温（散射可略），超晶格（周期大）中 观察到与这一振荡有关的负阻现象 * 1970年，日本科学家江崎和华裔科学家朱兆祥共同 提出一个全新的革命性概念——半导体人工超晶格 • 由两种半导体材料A和B交替地周期性迭加而 成(如GaAs/AlxGa1-xAs)，一维！ http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 9 • 两种材料带隙不同，形成这样一维周期变化的 结构 • 对电子或空穴分别形成势垒和势阱 Eg ( ) A d~100纳米 Eg ( ) B 势阱 势垒 势垒 势阱 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 10 2、超晶格电子态 • 为什么超晶格有这样的性质——能带 • 单个势阱，有效质量方法 ( ) (r) (r) * V z ψ Eψ m ⎥ = ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − ∇ +2 2 2 h • 波函数应为 (r) ( ) k// ρ e f z A i ⋅ = 1 ψ • 代入后可得 ( ) 2 ( ) ( ) 2 * 2 // 2 2 2 * 2 f z m V z f z E dz d m ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎥ = − ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − + h h k http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 11 • 假定V是个无限深势阱问题，可以解这个方程 得到 w n z w f z π ( ) sin 2 = n 1,2,... 2 2 * 2 // 2 2 * 2 , // ⎟ + = ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = w m n m En k k h π h • 能量是量子化的，与有效质量反比，与阱宽的 平方反比：势阱越窄，量子化效应越明显。一 般要小于100纳米才能看出来 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 12 • 有限深势阱，这时，波函数将是共有化的，即 Bloch函数 • 可以用单势阱波函数组成Bloch和 = ∑ − n ik na e f z na N z z ( ) ( ) 1 ψ • 可以得到z方向的能带 E(kz ) = E0 + 2J cos kzd • 原来分裂的能级现在扩展成能带，宽度4J。J 是表示势阱间相互作用强度的量 • 江崎和朱兆祥虽然没有看到Bloch振荡，但观 察到了电流随电压增加，然后随电压增加而下 降的所谓负电阻现象