用能带理论解释导体、半导体和.ppt
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1、用能带理论解释导体、半导体 和绝缘体之间性质的差别 材料化学1301班 冯燕萍 一. 电子填充能带的情况 当温度接近 0 K时,电子由低能级到高能级逐 个填充能带。 电子电子填充能带的情况填充能带的情况 金属导体、绝缘金属导体、绝缘 体和本征半导体体和本征半导体 一般,原子的内层能级都被电子填满,成为满 带。价电子引起的能带(价带)可能是满带,也可 能不是满带。 有些能带相互交叠形成混合能带,交叠后的能 带还可能再分裂为上下两个能带。 l 满带:填满电子的能带 l 不满带:未填满电子的能带 l 空带:没有电子占据的能带 l 禁带:不能填充电子的能区 l 价带:在0k时能被电子占满的最高能 带,
2、对半导体价带通常是慢带 l 导带:半导体最外面(能量最高)的 一个能带。 u 能带被占据情况的几个概念: 空带 满带 E 不满带 禁带 价带 导带 u 能带对电导的贡献 满带 电子交换能态并不改变 能量状态,所以满带不 导电。 导带: 不满带或满带以上最低的空带 为什么把空带或不满带称为导带? 所以只有这种能带中的电子才能导电。 反向电子转移与之抵消,可以形成电流,因此表现 出导电性,所以空带又称当由于某种原因电子受到 激发而进入空带时,这些电子在外电场作用下向较 高的空能级转移,没有为导带。 二. 金属导体、绝缘体和半导体 1. 导体 较低的能带都被电子填满,上面的能带 只是部分地被电子填充
3、。 当无外电场时, 晶体中的电子速度分 布对称,不引起宏观 电流。 当有外电场时,晶体中的运动着电子有些被加 速,有些被减速,即有些动能增加有些动能减小。 只有当电子所在的能带内有未被占据的空能级,即 为非满带时,这样的跃迁才有可能实现。 2p 3s Eg 禁带 未填满的导带 填满的能带 n 导体的能带结构 空带 导带 E 某些一价 金属, 如:Li 满带 某些二价金属, 如:Be, Ca, Mg, Zn, Ba 导带 空带 如:Na, K, Cu, Al, Ag 空带 价 带 2.绝缘体 E 空带 空带 满带 禁带 Eg=36eV 从能级图来看,是因为满带 与空带间有一个较宽的禁带 绝缘体在外电场的作用下, 共有化电子很难接受外电场的能量 ,所以形不成电流。 当外电场足够强时,共有化电子还是能越过 禁带跃迁到上面的空带中,使绝缘体的击穿 。 共有化电子很难从低能级(满带) 跃迁到高能级(空带)上去。 (Eg:36 eV) 3. 本征半导体不含杂质的纯净半导体。 当温度接近 0 K 时,价带都被电子填 满,价带以上的能带 都是空带。因此和绝 缘体一样都没有导电 性。 本征半导体的禁带比绝缘体的窄很多,在常温 下,少数电子经热激发可越过禁带跃迁到空带中, 这时,半导体就具有一定的导电性。 3s 3p Eg 禁带 空带 填满的能带 有些电子可 能跃入空带
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