高等固体物理第二章.ppt

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1、第二章第二章 无序无序2.1 2.1 无序系统无序系统 2.2 2.2 无序系统的电子态无序系统的电子态2.3 2.3 无序系统的直流电导无序系统的直流电导2.4 2.4 无序系统的光学性质无序系统的光学性质2.5 2.5 无序系统的应用无序系统的应用2.1 2.1 无序系统无序系统1.无序无序体系的性质不再能以长程有序的理想晶体作为零级体系的性质不再能以长程有序的理想晶体作为零级近似，无序作为微扰来解释的情形。近似，无序作为微扰来解释的情形。2.2.无序的类型无序的类型 （1)1)成分无序成分无序 （2)2)位置无序位置无序 （3)3)拓扑无序拓扑无序(a)(a)晶态晶态(b)(b)成分无序

2、成分无序(c)位置无序位置无序(d)(d)拓扑无序拓扑无序3.3.无序的形成无序的形成T TTgTgTfTfTbTb晶体晶体玻璃玻璃玻璃化转变玻璃化转变气体气体液体液体V V10101212a a10103 3s s1010-12-12s s原子（或分子）的驰豫时间原子（或分子）的驰豫时间：体系中原子（分子）进行结构构造重体系中原子（分子）进行结构构造重新排列的时间新排列的时间.系统从系统从TfTfTgTg所需时间所需时间t(T)t 峰展宽峰展宽单色单色X X射线、电子束、中子束射线、电子束、中子束任何非晶结构模型，首先要符合任何非晶结构模型，首先要符合RDFRDFRDFRDF可以从衍射实验结

3、果通过富氏变换而得到可以从衍射实验结果通过富氏变换而得到以以X X射线衍射为例，说明射线衍射为例，说明RDFRDF的实验测量公式的实验测量公式非晶整体非晶整体一个单胞一个单胞 结构因子：结构因子：AsAs2 2S S3 3 玻璃：短程序玻璃：短程序N(As)=3,N(S)=2-XN(As)=3,N(S)=2-X衍射衍射RDF-N=2.4 RDF-N=2.4 加权平均加权平均扩展扩展X X射线吸收精细结构谱射线吸收精细结构谱 (EXAFS)(EXAFS)SlidesSlides at xafs.org at xafs.orgX X射线吸收：各种元素的吸收系数随射线吸收：各种元素的吸收系数随X X

4、射线波长射线波长(能量能量)的变化的变化E E增加，吸收系数减少。每种元素在某些特定能量处出现增加，吸收系数减少。每种元素在某些特定能量处出现吸收系数突变吸收系数突变 吸收边吸收边EXAFSEXAFS是指在吸收边高能侧一定的能量间隔内，出现吸收系数随是指在吸收边高能侧一定的能量间隔内，出现吸收系数随X X射线能量增大而振荡变化的现象。振荡可延伸到高于吸收边射线能量增大而振荡变化的现象。振荡可延伸到高于吸收边103 eV103 eV处处包含结构信息包含结构信息 (1929(1929发现，发现，7070年代建立和完善）年代建立和完善）E E吸收边吸收边精细结构精细结构凝聚态物质：由于吸收原子周围存

5、在其他原子，它所射出的凝聚态物质：由于吸收原子周围存在其他原子，它所射出的光电子被近邻原子散射，形成背散射波。出射波与背散射波光电子被近邻原子散射，形成背散射波。出射波与背散射波在吸收原子处发生干涉。在吸收原子处发生干涉。只有同种原子的散射波才能与出射波发生干涉。只有同种原子的散射波才能与出射波发生干涉。出射和背散射波的相位差随光电子的德布洛意波长出射和背散射波的相位差随光电子的德布洛意波长(依赖于依赖于X X射射线能量线能量)变化而发生变化变化而发生变化-原子末态波函数振荡变化原子末态波函数振荡变化：凝聚态物质中某组元的：凝聚态物质中某组元的X X射线吸收系数射线吸收系数：组元出于自由原子态

6、的吸收系数：组元出于自由原子态的吸收系数：凝聚态物质中不考虑周围原子散射作用时的吸收系数：凝聚态物质中不考虑周围原子散射作用时的吸收系数谱函数是一系列正玄函数的叠加谱函数是一系列正玄函数的叠加N=1,2 N=1,2 或或3 36.非晶态固体的结构模型和缺陷非晶态固体的结构模型和缺陷(1)刚球无规密堆模型（非晶态金属或金属合金刚球无规密堆模型（非晶态金属或金属合金DRPHSDRPHS）Finney:793Finney:793个硬球模型个硬球模型无规密堆有一个明确的堆积密度上限无规密堆有一个明确的堆积密度上限0.6366;0.6366;密堆晶体密堆晶体 0.74050.7405非晶具有一些不同类型

7、的局域短程序。以原子为中心作其最近非晶具有一些不同类型的局域短程序。以原子为中心作其最近邻的连心线。以这些连心线为棱边所构成的多面体邻的连心线。以这些连心线为棱边所构成的多面体BernalBernal多多面体。面体。(a)(a)四面体四面体(e)(e)四角十四角十二面体二面体(d)(d)带三个半八带三个半八面体的阿基米德面体的阿基米德反棱柱反棱柱(c)(c)有三个半八面有三个半八面体的三角棱柱体的三角棱柱(b)(b)八面体八面体(2)连续无规网格模型（连续无规网格模型（CRN）以共价结合的非晶态固体，最近邻配位与晶态类似以共价结合的非晶态固体，最近邻配位与晶态类似用球代表原子位置，线段代表大小

8、，线段间的夹角代表键角，用球代表原子位置，线段代表大小，线段间的夹角代表键角，所有球和线段组成的网络非晶网络模型所有球和线段组成的网络非晶网络模型 RCP与与CRN的的RDFRDF第二峰的分裂是第二峰的分裂是RCP模型的标志性特征模型的标志性特征(4)非晶中的缺陷非晶中的缺陷非晶半导体非晶半导体i）悬挂键）悬挂键ii）微孔）微孔iii）杂质）杂质(3)RandomCoilModel （有机玻璃）（有机玻璃）2.2 2.2 无序系统的电子态无序系统的电子态1.扩展态和局域态扩展态和局域态具有严格周期性的有序晶格是平移不变的：具有严格周期性的有序晶格是平移不变的：所有电子在有序晶格中作公有化运动所

9、有电子在有序晶格中作公有化运动扩展态扩展态在晶体中引入缺陷在晶体中引入缺陷周周期性局域破坏期性局域破坏杂质态杂质态局域局域在杂质附近在杂质附近：定域化长度：定域化长度杂质浓度高时杂质浓度高时,局域态的电子能级可密集局域态的电子能级可密集成带成带,与导带相连接与导带相连接,形成导带的尾部形成导带的尾部.2.Anderson的无序模型与局域化的无序模型与局域化无平移对称性，波矢无平移对称性，波矢k不再是描述电子态的好量子数不再是描述电子态的好量子数TBA(紧束缚近似紧束缚近似)无序系统无序系统W WAnderson局域化（局域化（1958，PRB）局域化的严格定义：局域化的严格定义：热力学极限下的

10、体系（热力学极限下的体系（N,VN,V无限大无限大 N/VN/V有限），设有限），设t t0 0时时l l格点格点(或附近或附近)有一个电子有一个电子,经过较长时间后在该格点找到电子的几经过较长时间后在该格点找到电子的几率振幅为率振幅为A(t):A(t):A(t)=0A(t)=0 扩展态扩展态 A(t)0A(t)0局域态局域态 (1).(1).定性说明定性说明(Thouless(Thouless公式公式)强无序情况强无序情况 W/V1W/V1考虑有一个电子定域在格点考虑有一个电子定域在格点l,l,由于相互作用可以使邻近格点由于相互作用可以使邻近格点l l上的电子波函数混入上的电子波函数混入,由

11、量子力学微扰理论由量子力学微扰理论(一级一级):):电子波动性的本质反映电子波动性的本质反映推广：光波，声波等推广：光波，声波等3.推迟格林函数推迟格林函数双时推迟格林函数双时推迟格林函数 (b).T0K(b).T0K 有限温度下有限温度下:引入函数引入函数莱曼表示的积分公式莱曼表示的积分公式:(3).(3).谱定理谱定理另一方面另一方面:谱定理，涨落耗散定理谱定理，涨落耗散定理格林函数计算平均量的有用工具格林函数计算平均量的有用工具利用玻戈留玻夫格林函数作实际运算的步骤利用玻戈留玻夫格林函数作实际运算的步骤:(1).(1).选择选择A A与与B B(2).(2).确定格林函数确定格林函数(3

12、).(3).建立建立 的运动方程的运动方程(4).(4).求运动方程的近似解求运动方程的近似解(5).(5).利用谱定理决定所需物理量利用谱定理决定所需物理量无序系统的格林函数方程无序系统的格林函数方程 定义格点格林函数方程定义格点格林函数方程 矩阵形式的运动方程矩阵形式的运动方程 对于对角无序的情形对于对角无序的情形平均平均t t矩阵方法矩阵方法t t矩阵定义为矩阵定义为因为因为对格林函数取无序平均对格林函数取无序平均定义自能定义自能相干势近似相干势近似引入有效介质哈密顿量拟合无序平均后的格林函数引入有效介质哈密顿量拟合无序平均后的格林函数设有效介质格林函数为设有效介质格林函数为=0=0意味

13、着意味着需要自洽求解需要自洽求解4.Anderson局域化的严格推导局域化的严格推导A(t)=0A(t)=0 扩展态扩展态 A(t)0A(t)0局域态局域态 5.莫特莫特(Mott)模型模型SIRNEVILLF.MOTT(1905-1996)1977NobelLaureateinPhysicsfor their fundamental theoretical investigations of the electronic structure of magnetic and disordered systems.(1).:无序系统既存在扩展态，也有局域态，扩展态在无序系统既存在扩展态，也有局域

14、态，扩展态在TBA能量中心，局域态在带尾能量中心，局域态在带尾,并有一个划分扩展态与局域并有一个划分扩展态与局域态能量的分界态能量的分界Ec:Ec:迁移率边迁移率边-Ec-EcEcEcE EDOS(E)DOS(E)扩展态扩展态局域态局域态任意任意E E态的局域化条件态的局域化条件:(2).态密度和态密度和Anderson转变转变在无序固体中在无序固体中,波矢波矢K不再是好的量子数不再是好的量子数.但不论是晶态还是非但不论是晶态还是非晶态晶态,体系的总自由度不变体系的总自由度不变,因而模式密度因而模式密度,能态密度的概念依能态密度的概念依旧有效旧有效.扩展态扩展态扩展态扩展态迁移率边迁移率边扩展

15、态扩展态局域态局域态Anderson转变转变:EF处在扩展态处在扩展态金属金属EF处在局域态处在局域态绝缘体绝缘体无序引起的相变叫无序引起的相变叫Anderson相变相变6.渗流理论渗流理论渗流：流体在随机介质中的运动渗流：流体在随机介质中的运动现象：现象：人体、动物体内存在多孔结构的组织和器官，如肺、心、人体、动物体内存在多孔结构的组织和器官，如肺、心、肝等，体液在其中流动着肝等，体液在其中流动着植物的茎、枝、根和叶等，也是多空结构植物的茎、枝、根和叶等，也是多空结构地层里多孔岩石中石油和水地层里多孔岩石中石油和水渗流体系：用渗流模型所描述的体系渗流体系：用渗流模型所描述的体系K.Broad

16、bent,M.Hammersley 1957K.Broadbent,M.Hammersley 1957年首次提出年首次提出 每格点被占据的几率为每格点被占据的几率为P,P,不占据的几率为不占据的几率为1-P1-P。相邻格点都被占据，相邻格点都被占据，这些格点形成一个集团。这些格点形成一个集团。当当P P增大增大,集团的大小增大集团的大小增大P P达到一个临界点，点阵上就出现一个无限大集团达到一个临界点，点阵上就出现一个无限大集团 渗流相变渗流相变Pc:Pc:渗流閾值或渗流临界值渗流閾值或渗流临界值Pc=0.59Pc=0.59Pc=0.27Pc=0.27渗流体系最基本点：閾值渗流体系最基本点：閾

17、值PPcPPcPPc：无限集团：无限集团P-Pc-0:P-Pc-0:出现一个初始无限大集团出现一个初始无限大集团渗流理论的应用渗流理论的应用推广的渗流模型推广的渗流模型多色模型多色模型高密度模型高密度模型渗流相变是一个二级相变渗流相变是一个二级相变序参量：渗流几率序参量：渗流几率定义：当占据几率为定义：当占据几率为P P时，点阵上任意格点属于无限大集团的时，点阵上任意格点属于无限大集团的几率。几率。ConductanceConductance两点间的关联函数两点间的关联函数G(x)G(x)定义：当原点被占据时，距原点为定义：当原点被占据时，距原点为x x的格点也属于同一集的格点也属于同一集团的

18、点占据的几率，亦即原点与团的点占据的几率，亦即原点与x x点之间至少存在一条键点之间至少存在一条键联路径的几率。联路径的几率。渗流体系两个重要量：参量渗流体系两个重要量：参量P(P(格点占有率格点占有率)，关联长度，关联长度类比类比 P P：热力学中的温度：热力学中的温度 渗流集团唯一的长度标度渗流集团唯一的长度标度按照按照P参量划分渗流集团参量划分渗流集团:(1).PPc,体系出现大量无限大集团，集团自身的密度向均匀体系出现大量无限大集团，集团自身的密度向均匀化发展，不再具有自相似性化发展，不再具有自相似性 自相自相似似性性:缩放对称性缩放对称性，即不管对结构作怎样的放大与缩小，即不管对结构

19、作怎样的放大与缩小，结构看上去仍是相同的。结构看上去仍是相同的。Many man-made objects are made up of Euclidean shapes分形分形(Fractal)(Fractal)：存在自相似性的几何对象。：存在自相似性的几何对象。19671967年，年，Mandelbrot Mandelbrot “英国的海岸线有多长英国的海岸线有多长”But what about these familiar things from the natural world?Can they be easily described with Euclidean shapes?I

20、dont think so.“Why is geometry often described as cold or dry?One reason lies in its inability to describe the shape of a cloud,a mountain,a coastline,or a tree.Clouds are not spheres,mountains are not cones,coastlines are not circles,and bark is not smooth,nor does lightning travel in a straight li

21、ne.”BenoitMandelbrot,thefatheroffractalgeometry,fromhisbookTheFractalGeometryofNature,1982.The Koch SnowflakeFirst iterationAfter2 iterationsAfter 3 iterationsAfter n iterationsAfter iterationsThe Kochsnowflake is six of these put together to form.well,a snowflake.Notice that the perimeter of the Ko

22、ch snowflake is infinite.but that the area it bounds is finite(indeed,it iscontained in the white square).The Koch snowflake has even been used in technology:Boston-Mar 13,2002Fractal Antenna Systems,Inc.today disclosed that it hasfiled for patent protection on a new class of antenna arraysthat use

23、close-packed arrangements of fractal elements toget superior performance characteristics.Fractal Tiling Arrays-Firm Reports Breakthrough in Array AntennasBut self-similarity is not what makes the Koch snowflakea fractal!(Contrary to a common misconception.)After all,many common geometric objects exh

24、ibitself-similarity.Consider,for example,the humblesquare.If you take a small square.and dilate by a factor of 2.then you get 4 copies of the original.A square is self-similar,but it most certainly is not a fractal.If you take a small square.and dilate by a factor of 3.then you get 9 copies of the o

25、riginal.Let k be the scale factor.Let N be the number of copies of the original that you get.Note that for the square,we have that:Or in other words,we have:Thats right:tells us the dimension of the shape.(Note that for this to make sense,the shape has to beself-similar.)So for a self-similar shape,

26、we can taketo be the definition of its dimension.(It turns out that this definition coincides with a much moregeneral definition of dimension called the fractal dimension.)Now lets recall what k and N were for one side of theKoch snowflake:k=scale factor=3N=number of copies of original=4TheSierpinsk

27、iCarpetThe fractal dimension of the Menger sponge is:利用初始无限大集团的标度特性来确定集团的分形维数利用初始无限大集团的标度特性来确定集团的分形维数D和和渗流的临界指数之间的关系渗流的临界指数之间的关系设体系中出现一个初始无限大集团，集团的线度设体系中出现一个初始无限大集团，集团的线度在此集团上选取原点在此集团上选取原点O，则距该点则距该点r处格点属于这个无限集团处格点属于这个无限集团的几率（的几率（）：一般地：一般地：系统：导电畴非导电畴，无序度：发现导电畴的几率系统：导电畴非导电畴，无序度：发现导电畴的几率P湖湖山山沧海变桑田沧海变桑田

28、无序无序Anderson转变转变海洋海洋海岛海岛2.3 2.3 无序体系的直流电导无序体系的直流电导1.跳跃电导跳跃电导体系处于强定域区，许多电子态为定域态，相邻定域态体系处于强定域区，许多电子态为定域态，相邻定域态间的能量十分不同。间的能量十分不同。能量能量距离距离R R(1)(1)两个态波函数的交叠两个态波函数的交叠(2)(2)两个格点的能量差两个格点的能量差(1)(1)两个态波函数的交叠两个态波函数的交叠(2)(2)两个格点的能量差两个格点的能量差低温下低温下(2)(2)比比(1)(1)重要重要变程跳跃变程跳跃高温下高温下(1)(1)比比(2)(2)重要重要定程跳跃定程跳跃2.非晶半导体

29、的直流电导非晶半导体的直流电导 与晶态半导体不同之处与晶态半导体不同之处(1).(1).非晶态半导体存在扩展态、带尾定域态、带隙中的缺隙非晶态半导体存在扩展态、带尾定域态、带隙中的缺隙定域态定域态。这些状态中的载流子都可能对电导有贡献。这些状态中的载流子都可能对电导有贡献。(2).非晶态半导体中的费米能级通常是非晶态半导体中的费米能级通常是“钉扎钉扎”在带隙中，在带隙中，基本不随温度变化。基本不随温度变化。钉扎钉扎:Fermi能级的位置不因少量的浅施主和浅受主杂质的引能级的位置不因少量的浅施主和浅受主杂质的引入而发生变化。入而发生变化。Fermi能级之上有带正电的状态能级之上有带正电的状态两者

30、的补偿作用使两者的补偿作用使EF“钉扎钉扎”Fermi能级之下有带负电的状态能级之下有带负电的状态价带价带导带导带施主施主受主受主E EF FEvEvEcEc深施主带深施主带深受主带深受主带E EB BE EA A3.非晶态金属的电阻率及其温度关系非晶态金属的电阻率及其温度关系1)非晶态金属的电阻率高于晶态金属材料的电阻率非晶态金属的电阻率高于晶态金属材料的电阻率100300cm “剩余电阻剩余电阻”无序结构，数值较大无序结构，数值较大2)非晶态金属的电阻率温度系数非晶态金属的电阻率温度系数 特别小，特别小，结构无序和杂质贡献大于原子热运动贡献结构无序和杂质贡献大于原子热运动贡献3)3)很多非

31、晶态金属在很宽范围内有负的电阻温度系数很多非晶态金属在很宽范围内有负的电阻温度系数4)Mooij4)Mooij经验规律：经验规律：5)5)非晶态金属的电阻率随非晶结构的稳定性而发生不可逆非晶态金属的电阻率随非晶结构的稳定性而发生不可逆变化。当温度升高开始晶化时电阻率将发生突变变化。当温度升高开始晶化时电阻率将发生突变估计估计非晶态金属的非晶态金属的晶化温度。晶化温度。理论模型：理论模型：1).1).推广的推广的ZimanZiman理论模型：理论模型：非金属玻璃非金属玻璃 vs vs 液态金属液态金属 适用：简单金属玻璃的电导输运特性适用：简单金属玻璃的电导输运特性2).2).类类KondoKo

32、ndo型型s-ds-d散射模型散射模型KondoKondo效应：含有极少量磁性杂质的晶态金属在低温下出现效应：含有极少量磁性杂质的晶态金属在低温下出现电阻极小的现象。电阻极小的现象。s-ds-d散射机制散射机制:产生电阻极小的必要条件是局域自旋具有翻产生电阻极小的必要条件是局域自旋具有翻转自由度。转自由度。3).3).双能级隧道态模型理论：非晶态中存在双能级隧道态模型理论：非晶态中存在2 2个等价的原子个等价的原子组态组态非晶金属低温电阻的电阻极小的现象非晶金属低温电阻的电阻极小的现象4.定域的标度理论定域的标度理论定域退定域转变处电导定域退定域转变处电导率的变化率的变化1973年，年，Mot

33、t:扩展态在扩展态在迁移率边处有一最小金属迁移率边处有一最小金属电导率。电导率。(a).一、二维体系不存在一、二维体系不存在Anderson转变变化转变变化(b).电导率连续减小为零电导率连续减小为零对于对于d=3,低于一特定值低于一特定值Gc，为负为负(绝缘态）绝缘态）d=1,2,总为负，系统总是总为负，系统总是处于绝缘态处于绝缘态5.弱局域化弱局域化弱局域化发生在弹性散射平均自由程弱局域化发生在弹性散射平均自由程l远小于非弹性散射平远小于非弹性散射平均自由程均自由程li的金属扩散区的金属扩散区相干背散射：相干背散射：弹性散射是波和静态杂质势渐的散射，保持位相相干。由弹性散射是波和静态杂质势

34、渐的散射，保持位相相干。由于杂质无规分布，对所有路径求和时，干涉项消失。然而于杂质无规分布，对所有路径求和时，干涉项消失。然而考虑量子相干以后，通过弹性散射回到原点的几率增加。考虑量子相干以后，通过弹性散射回到原点的几率增加。弱局域化磁阻：弱局域化磁阻：磁场对沿同一闭合路径逆时针和顺时钟方向行走几率幅的磁场对沿同一闭合路径逆时针和顺时钟方向行走几率幅的相位差有影响。相位差有影响。2.4 2.4 无序系统的光学性质无序系统的光学性质固态固态GeGe和液态和液态GeGe有巨大差别有巨大差别晶态和非晶态差别不大：短程晶态和非晶态差别不大：短程序起首要作用序起首要作用液态液态GeGe：金属：金属 固态

35、固态GeGe：半导体：半导体光吸收，光发射，光电子学光吸收，光发射，光电子学:电子能带结构，杂志缺陷，原电子能带结构，杂志缺陷，原子振动子振动1.晶体的光吸收和光辐射过程晶体的光吸收和光辐射过程吸收系数吸收系数/cm-1/cm-110101 10.10.10.010.0110101001001000010000本本征征吸吸收收区区吸吸收收边边激激子子吸吸收收自自由由载载流流子子吸吸收收晶晶格格吸吸收收自自由由载载流流子子吸吸收收杂杂质质和和缺缺陷陷吸吸收收磁磁吸吸收收回回旋旋共共振振吸吸收收1.1.本征吸收本征吸收:价电子价电子导带导带 2.2.激子吸收：电子空穴束缚激发态激子吸收：电子空穴束

36、缚激发态3.3.自由载流子吸收：导带中电子自由载流子吸收：导带中电子(价带中空穴）的同带跃迁，二级过程，强度是载流子浓度价带中空穴）的同带跃迁，二级过程，强度是载流子浓度的函数的函数4.4.晶格吸收：长光学横波声子和红外光子耦合晶格吸收：长光学横波声子和红外光子耦合极化激元的激发态，光频率与晶格频率共振，极化激元的激发态，光频率与晶格频率共振，吸收最大，红外区段吸收最大，红外区段5.5.杂质和缺陷吸收：杂质和缺陷吸收：杂质能级杂质能级自由载流子。对半导体中的浅能级只在低温下能观察到。自由载流子。对半导体中的浅能级只在低温下能观察到。6.6.磁吸收和回旋共振吸收：光吸收磁吸收和回旋共振吸收：光吸

37、收电子自旋反转、自旋波量子的激发、交变磁场下磁次能电子自旋反转、自旋波量子的激发、交变磁场下磁次能级间的跃迁级间的跃迁固体发光：光吸收的逆过程固体发光：光吸收的逆过程基态基态激发态激发态基态基态光光光光热热发光有一持续过程：发光有一持续过程：10-8s磷光磷光(T)发光过程：能量守恒，动量守恒发光过程：能量守恒，动量守恒2.非晶态半导体的光吸收和光致发光非晶态半导体的光吸收和光致发光1)非晶态的本征吸收非晶态的本征吸收:不需选择定则。吸收系数髙不需选择定则。吸收系数髙,非晶太非晶太阳能电池阳能电池2)非晶的吸收边附近非晶的吸收边附近A：高吸收区：高吸收区价带扩展态价带扩展态导带扩展态导带扩展态

38、B：指数区：指数区价带扩展态价带扩展态导带尾定域态导带尾定域态定域态定域态扩展态扩展态C：弱吸收区：弱吸收区和杂质缺陷有关和杂质缺陷有关CBA3)在高吸收区在高吸收区A:DOSDOSEvEvEcEc4)原子振动与光相互作用准动量守恒关系的限制，整个频率范围原子振动与光相互作用准动量守恒关系的限制，整个频率范围内所以的振动模都有贡献，红外、拉曼光谱比晶态的弥散、光滑内所以的振动模都有贡献，红外、拉曼光谱比晶态的弥散、光滑5)在非晶态半导体、特别是硫系非晶态半导体中，存在发射光子在非晶态半导体、特别是硫系非晶态半导体中，存在发射光子的频率低于吸收光子频率的现象的频率低于吸收光子频率的现象Stoke

39、rs效应效应黄昆：强的电子声子相互作用，使定域态上的电子在处于基态黄昆：强的电子声子相互作用，使定域态上的电子在处于基态和处于激发态时，原子平衡位置不同。和处于激发态时，原子平衡位置不同。E EE E1 12 21 12 2位形位形位形位形6)非晶态半导体的光电导非晶态半导体的光电导受到光照后吸收光子而产生非平衡载流子：电子和空穴受到光照后吸收光子而产生非平衡载流子：电子和空穴2.5 2.5 无序系统的应用无序系统的应用非晶态固体的类型非晶态固体的类型代表性的材料代表性的材料应用应用所用的特性所用的特性氧化物玻璃氧化物玻璃(SiO2)0.8(NaO)0.2窗玻璃等窗玻璃等透明性，固体性，形透明

40、性，固体性，形成大张的能力成大张的能力氧化物玻璃氧化物玻璃(SiO2)0.9(GeO2)0.1通信网络的纤通信网络的纤维光波导维光波导超透明性，纯度，形超透明性，纯度，形成均匀纤维的能力成均匀纤维的能力有机聚合物有机聚合物聚苯乙烯聚苯乙烯结构材料，塑结构材料，塑料料强度，重量轻，容易强度，重量轻，容易加工加工硫系玻璃硫系玻璃Se,As2Se3静电复印技术静电复印技术光导电性，形成大面光导电性，形成大面积薄膜能力积薄膜能力非晶半导体非晶半导体Te0.8Ge0.2计算机记忆元计算机记忆元件件电场引起非晶晶化电场引起非晶晶化的转变的转变非晶半导体非晶半导体Si0.9H0.1太阳能电池太阳能电池光生伏

41、打的光学性质，光生伏打的光学性质，大面积薄膜大面积薄膜金属玻璃金属玻璃Fe0.8B0.2变压器铁心变压器铁心铁磁性，低损耗，形铁磁性，低损耗，形成长带能力成长带能力激光打印机和复印机激光打印机和复印机1 1 吸鼓带电吸鼓带电吸鼓带电吸鼓带电 对应图中对应图中1 1的位置，在感光鼓的位置，在感光鼓也称吸鼓也称吸鼓上用电极对感光体表面高压电晕放电，使感光层表面带上用电极对感光体表面高压电晕放电，使感光层表面带电荷。感光鼓是在导电基体表面上涂有硒或其它光电导电荷。感光鼓是在导电基体表面上涂有硒或其它光电导材料层，光电导层在光照时的电阻率下降。材料层，光电导层在光照时的电阻率下降。2 2 扫描曝光扫描

42、曝光扫描曝光扫描曝光 对应图中对应图中2 2的位置，用受被打印内容调制的的位置，用受被打印内容调制的激光束对感光层扫描曝光，受光照区域的电阻率下降，激光束对感光层扫描曝光，受光照区域的电阻率下降，表面电荷被中和而消失，在感光层上形成由静电荷分布表面电荷被中和而消失，在感光层上形成由静电荷分布构成的潜像（电荷图象）。构成的潜像（电荷图象）。激光扫描写入系统主要包括激光光源、光调制器、光偏转器、激光扫描写入系统主要包括激光光源、光调制器、光偏转器、扫描透镜等光路元件及相应的控制电路。扫描透镜等光路元件及相应的控制电路。激光器和调制器激光器和调制器激光器和调制器激光器和调制器 实用的激光打印机实用的

43、激光打印机般采用般采用HeHeNeNe激光器或半导体激光器或半导体激光器作激光光源。激光器作激光光源。激光打印机中使用的光调制器早期多为声光调制器。激光打印机中使用的光调制器早期多为声光调制器。随着半导体激光器的发展，直接电流调制的方式已逐步代替声随着半导体激光器的发展，直接电流调制的方式已逐步代替声光调制方式。光调制方式。光偏转器光偏转器光偏转器光偏转器 光偏转器实现激光束的扫描，大多采用旋转多面镜的光偏转器实现激光束的扫描，大多采用旋转多面镜的方式，它是由以正多角柱体的侧面为镜面的多面反射镜和使其方式，它是由以正多角柱体的侧面为镜面的多面反射镜和使其高速旋转的电动机组合而成。高速旋转的电动

44、机组合而成。3 3 静电成像静电成像静电成像静电成像 对应图中对应图中3 3的位置，用含有炭精粉粒的显像的位置，用含有炭精粉粒的显像剂与感光层接触，在静电场的作用下，炭精粉粒附在感剂与感光层接触，在静电场的作用下，炭精粉粒附在感光层的曝光区域上，形成可见的炭精粉图象，这过程也光层的曝光区域上，形成可见的炭精粉图象，这过程也称称显像过程显像过程。4 4着色转印着色转印着色转印着色转印 对应图中对应图中4 4的位置，打印纸与已经显像的感光的位置，打印纸与已经显像的感光体接触，同时采用电晕带电体从纸的反面加电场，这时体接触，同时采用电晕带电体从纸的反面加电场，这时感光体表面的显像剂转移到打印纸上完成

45、转印。感光体表面的显像剂转移到打印纸上完成转印。5.5.热压定影热压定影热压定影热压定影 对应图中对应图中5 5的位置，用热压器加热加压使着的位置，用热压器加热加压使着色剂牢固粘结在打印纸上，完成了静电打印。色剂牢固粘结在打印纸上，完成了静电打印。6 6 清洗吸鼓清洗吸鼓清洗吸鼓清洗吸鼓 对应图中对应图中6 6的位置，将感光体用清洗器清除残的位置，将感光体用清洗器清除残留的色粉，准备下一张打印。留的色粉，准备下一张打印。静电复印机静电复印机静电复印机静电复印机 同激光打印机相同，复印机也是利用光电技术和电同激光打印机相同，复印机也是利用光电技术和电子照相技术相结合的一种印字方式。复印机与激光打

46、印机的主子照相技术相结合的一种印字方式。复印机与激光打印机的主要区别是图象信息产生的方式不同。复印机是实物文件被反射要区别是图象信息产生的方式不同。复印机是实物文件被反射照明后由成像镜头成像曝光在感光体上；而激光打印机则是由照明后由成像镜头成像曝光在感光体上；而激光打印机则是由主计算机产生的图象数据经控制电路控制激光束的偏转和光强主计算机产生的图象数据经控制电路控制激光束的偏转和光强度扫描曝光完成打印的。度扫描曝光完成打印的。光导材料，常用材料有：硒光导材料，常用材料有：硒碲合金、氧化锌、硫化镉和碲合金、氧化锌、硫化镉和有机光导体等。其中以有机光导体性能最好。有机光导体等。其中以有机光导体性能最好。Project6非晶材料的应用原理及举例非晶材料的应用原理及举例