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有效質量所屬現代詞,指的是天文學專有名詞。

1 有效質量 -定義

  負的有效質量說明晶格對電子作負功,即電子要供給晶格能量,而且電子供給晶格的能量大於外場對電子作功。 有效質量概括了半導體內部勢場的作用,使得在解決半導體中電子在外力作用下的運動規律時,可以不涉及內部勢場的作用。
  概念:將晶體中電子的加速度與外加的作用力聯繫起來,並且包含了晶體中的內力作用效果。

2 有效質量 -與慣性質量的區別

  (一)一般情況下有效質量是張量(一維情況和等能面為球形時,是標量)。晶體電子的加速度一般與外力方向不同。只有外力沿著等能面主軸方向時,才是同向的。
  (二)有效質量一般是波矢K的函數。它可以大於慣性質量,也可以小於慣性質量,甚至可以是負的。例如在能帶底(極小值),m*>0;而在能帶頂(極大值),m*<0。

3 有效質量 -可用下列公式表示

  Ft=MV′-MV0一般認為作用后的瞬間V′近似零故上述公式可簡化為Ft=-MV0(公式中的負號表示F、V0反向)
  IV稱為有效質量.如果移動中不受阻力則所有質點將完全偏聚在表面.由於金屬液體存在粘度於是第二相質點不可避免地受到移動阻力F

4 有效質量 -補充說明

  (1)因為在一般的載流子輸運問題中,可以把晶體電子(或空穴)看成是具有動量P= ħ kk是晶體電子的准動量)和能量E = P2/ 2m* 的粒子(量子波包),即認為晶體電子是帶有質量m*的自由粒子,m*就是晶體電子的有效質量。這就是所謂准經典近似,即把晶體電子看作為具有一定有效質量的經典粒子(能量與動量的平方成正比)。但是,終究有效質量是一個量子概念,所以有效質量不同於慣性質量,它反映了晶體周期性勢場的作用(則可正可負,並可大於或小於慣性質量)。有效質量的大小與電子所處的狀態k有關,也與能帶結構有關(能帶越寬,有效質量越小);並且有效質量只有在能帶極值附近才有意義,在能帶底附近取正值,在能帶頂附近取負值。
  (2)對於立方晶體,為了讓電導率是一個標量,可引入所謂電導率有效質量;例如Si,導帶電子的電導率有效質量mcn與導帶底的橫向有效質量mt*和縱向有效質量ml*的關係為mcn = 3ml*mt*/(2ml*+mt*),價帶空穴的電導率有效質量mcp與重空穴有效質量mph*和輕空穴有效質量mpl*的關係為mcp = ( mph*3/2+ mpl*3/2 ) / ( mph*1/2 + mpl*1/2 ) ≈ mph*。
  (3)此外,為了方便討論導帶底不在Brillouin區中心的半導體(如Si)中載流子的能態密度函數,還引入了所謂狀態密度有效質量。這種半導體的導帶底等能面是旋轉橢球面,則其中電子的有效質量不是一個分量(有一個縱向有效質量ml*和兩個橫向有效質量mt*);這種非球形導帶底的能態密度分佈函數比較複雜,但是如果把電子有效質量代換為所謂態密度有效質量mdn* =(ml* mt* mt*)1/3,則可以認為它的能態密度分佈函數與球形等能面的一樣。
  對於有s個等價導帶底(能谷)的情況,電子的態密度有效質量應該更改為mdn* =(s2 ml* mt* mt*)1/3。對Si,s=6, mdn*=1.08m0,mdp*=0.59m0;對Ge,s=4,mdn*=0.56m0,mdp*=0.37m0,;對GaAs,等能面是球面,s=1,mdn* =m*。
  類似地,對於價帶頂附近的情況,可同樣求得相同形式的能態密度分佈函數,並且空穴的狀態密度有效質量為mdp* = [ (mpl*)3/2 + (mph*)3/2 ]2/3。
  有效質量可以通過所謂迴旋共振實驗來直接進行測量。因為當半導體處在恆定外磁場B中時,其中的載流子將作螺旋運動,迴旋頻率為ωc = q B / mn*,所以只要測量出迴旋頻率,即可得到有效質量mn*;實驗上,還在半導體上再加一個交變電磁場[頻率為微波~紅外光],當交變電磁場的頻率等於迴旋頻率時即發生共振吸收,則測量出此共振頻率即可。
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