半导体的物理基础——泡利不相容原理

2万 · 2017-3-6 19:50

半导体器件是现代电子技术的基本器件，而其中的基础理论之一就是泡利不相容原理。由此，引出了整个能带理论。

2万 · 2017-3-6 20:03

泡利不相容原理，其本身并不是个第一性原理。泡利不相容原理基于一个更为基本的量子力学公设——全同性原理。

全同性原理说：

对于具备完全同类内禀属性之微观基本粒子（简称为全同粒子），在一个体系内是不可区分的。

2万 · 2017-3-6 20:21

关于泡利不相容原理，其实有三个条件：

1）考虑同一个体系内的粒子

2）考虑同类内禀属性的粒子

3）考虑自旋为半整数的粒子——费米子

满足上述条件下，由全同性原理可得出下面结论：

体系内的粒子不可能同态，即不可能有两个状态完全一致的粒子。

2万 · 2017-3-6 20:27

对于不同状态的微观粒子，其可以具有相同的能量，通常将相关的状态称为简并态。

可见，满足泡利不相容原理的体系内，完全可能存在具有相同能量但状态却不同的粒子。

2万 · 2017-3-6 20:34

在一个体系内，微观粒子间的距离不同，其粒子能量也会不同。自然，由不同能量构成的能带也随之变化。

这些都可以通过解相关的薛定谔方程得到。

2万 · 2017-3-6 20:42

《固体物理》中的能带理论，基于《量子力学》。如果没有《量子力学》基础，根本不可能对这些理论有那怕是最浅显的理解，虽然能带理论是半导体物理的基础。

所以，如果想真正地去了解半导体器件原理，建议从最基本的《量子力学》入手。当然，这不是件容易的事情。