2.1.5 Die Zustandsdichte



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2.1.5 Die Zustandsdichte

In einem Halbleiter endlicher Ausdehnung kann der Wellenvektor in einem erlaubten Energieband nur eine endliche Anzahl von Werten annehmen. Man spricht von einer endlichen Anzahl von Zuständen im -Raum. Ein 'Zustand' ist ein verfügbarer Platz im Energieband. Die 'Zustandsdichte' ist die Anzahl der Zustände je Volumseinheit im Wellenvektor- bzw. Energieraum. Sie ist unabhängig von der Kristallstruktur bzw. vom Gittervektor [52], [91], [120], [121], [153], [192]:

 

ist die Zustandsdichte im -Raum für eine Probe mit dem Einheitsvolumen. Nach dem Pauli Prinzip kann jeder -Zustand mit zwei Elektronen unterschiedlichen Spins besetzt werden. Das Pauli Prinzip wird in der Schrödingergleichung nicht, sehr wohl aber in Gl. (2.30) berücksichtigt. Die endliche Zustandsdichte kann auch direkt aus der Heisenbergschen Unschärferelation abgeleitet werden [134].

Betrachtet man als stetige Funktion, läßt sich die Summe über alle Zustände einer Funktion des Wellenvektors als Integral schreiben [120]:

 

ist der gesamte -Raum.

Gleichbedeutend mit der Zustandsdichte im -Raum ist die Zustandsdichte , auf der Energieskala der erlaubten Bänder:

Um die Zustandsdichte als Funktion der Energie darstellen zu können, muß die Bandstruktur bekannt sein. Für Standardbänder (2.22), (2.25) ergibt sich mit Gl. (2.30) [52], [91], [121], [153], [165], [192]:

  

Die Zustandsdichten , stellen die Anzahl der besetzbaren Energiezustände je Energie- und Volumseinheit des Kristalls dar. Sie charakterisieren das Verhalten der energetisch dicht beieinanderliegenden besetzbaren Energieniveaus innerhalb eines erlaubten Bandes als quasikontinuierliches Band im endlich ausgedehnten Kristall mit sehr vielen Atomen. Halbleiter haben somit im Leitungs- und Valenzband je ein quasikontinuierliches Band verfügbarer Energiezustände.



Martin Stiftinger
Sat Jun 10 15:00:12 MET DST 1995