Estoy tratando de leer a Kittel para un proyecto, y él menciona las propiedades del silicio y el germanio tan brevemente que no lo entiendo en absoluto. Habla de estados p, y realmente no sé lo que eso significa. He tomado mecánica cuántica, pero no entiendo lo que realmente se dice. Espero que alguien con experiencia en estado sólido pueda volver a escribir este párrafo en algo más digerible, aquí va.
Las bandas de conducción y valencia del germanio se muestran en la Fig. 14, en base a una combinación de resultados teóricos y experimentales. El borde de la banda de valencia tanto en Si como en Ge está en k = 0 y se deriva de y estados de los átomos libres, como queda claro a partir de la aproximación estricta (capítulo 9) a las funciones de onda. El el nivel es cuádruple degenerado como en el átomo; los cuatro estados corresponden a valores y . El nivel es doblemente degenerado, con valores .El Los estados son de mayor energía que los estados; la diferencia de energía es una medida de la interacción espín-órbita. Los bordes de la banda de valencia no son simples. Los agujeros cerca del borde de la banda se caracterizan por dos masas efectivas, liviana y pesada. Éstas surgen de las dos bandas formadas a partir de la nivel del átomo. También hay una banda formada por los nivel, separado del nivel por la interacción espín-órbita.
Simplemente no entiendo. ¿Cuáles son estos estados? Observé el germanio, parece que la capa exterior tiene cuatro electrones. Aparentemente, dos están en el orbital S y otros dos en el orbital P. Si pongo estos dos en tres contenedores, hay seis opciones, ¿verdad? (1,1), (2,2), (3,3), (1,2), (1,3), (2,3). ¿Es eso siquiera relevante? Todavía no entiendo qué significan los estados p. ¿Alguien puede explicar esto y cómo entra en juego el acoplamiento espín-órbita?
Esta respuesta se extrae de "Estructura electrónica y propiedades de los sólidos" de Harrison.
Imagine comenzar con una muestra de semiconductor en la que los átomos están mucho más separados que en la realidad. Como observa, hay 4 electrones de valencia en cada caso (Si y Ge), 2 de los cuales llenan el -estados y los otros 2 llenando parcialmente los 6 disponibles -estados, por lo que 4 de los 8 posibles estados de valencia están ocupados. Para estos átomos de alto Z, el -La energía de los estados está muy por debajo de la -estados'. Cada átomo de la muestra tiene los mismos estados y no hay interacción entre los átomos, por lo que los niveles de energía de la muestra son discretos y muy degenerados.
Ahora reduzca el espacio de la red, para que se produzca interacción entre los átomos. El y Los estados ahora ya no son estados propios de energía, pero las designaciones todavía se usan como etiquetas para los niveles de energía. El inicialmente discreto (y altamente degenerado) y los niveles de energía se amplían en bandas, con todo el banda y el tercio inferior de la banda inicialmente ocupada. (Este llenado parcial es característico de un metal.) La diferencia de energía entre la parte superior de la banda y la parte inferior de la la banda cae con el espaciamiento de la red.
En algún espacio, la parte superior de la -banda cruza la parte superior de la parte ocupada de la -banda, y se abre una brecha de energía entre 4 bandas enlazantes (valencia) ocupadas y 4 bandas antienlazantes (conducción) desocupadas. (La alta simetría de la red es clave para esta transición). (Para un semiconductor, el espacio es pequeño, del orden de 1 eV).
Finalmente, la interacción espín-órbita separa la parte superior de dos y bandas de valencia en , que de otro modo sería igual. Esa separación asciende a 0,29 eV en Ge (como se indica en la figura).
Bueno, dices que necesitas ayuda para comprender la física de semiconductores.
Pero el material detallado que proporciona, podría describirse más correctamente como "Física del estado sólido". ya que no es especialmente relevante para los dispositivos semiconductores (juego de palabras). El material habla de las propiedades esencialmente intrínsecas de los materiales de germanio o silicio, y no dice prácticamente nada sobre el dopaje de dichos materiales; que es fundamental para la física de dispositivos semiconductores.
No puedo ayudarlo a desentrañar el material específico que cita; me parece mecánica cuántica; PERO si realmente quiere aprender sobre Física de Dispositivos Semiconductores, le recomiendo el libro del Dr. Andrew Grove (ex Presidente de Intel Corp.)
"Física y Tecnología de Dispositivos Semiconductores"
Me considero afortunado de haber aprendido mi física de semiconductores del Dr. Grove, (en Fairchild Corp), y recomendaría su libro a cualquier persona interesada en el campo.
walczyk