用能帶理論解釋導(dǎo)體半導(dǎo)體和（課堂PPT）

1、1材料化學(xué)1301班馮燕萍2一. 電子填充能帶的情況 當(dāng)溫度接近當(dāng)溫度接近 0 K時(shí)，電子由低能級(jí)到高能級(jí)逐時(shí)，電子由低能級(jí)到高能級(jí)逐個(gè)填充能帶。個(gè)填充能帶。 一般，原子的內(nèi)層能級(jí)都被電子填滿，成為一般，原子的內(nèi)層能級(jí)都被電子填滿，成為滿滿帶帶。價(jià)電子引起的能帶（價(jià)帶）可能是滿帶，也可。價(jià)電子引起的能帶（價(jià)帶）可能是滿帶，也可能不是滿帶能不是滿帶。 有些能帶相互交疊形成混合能帶，交疊后的能有些能帶相互交疊形成混合能帶，交疊后的能帶還可能再分裂為上下兩個(gè)能帶。帶還可能再分裂為上下兩個(gè)能帶。3l 滿帶：填滿電子的能帶滿帶：填滿電子的能帶l 不滿帶：未填滿電子的能帶不滿帶：未填滿電子的能帶l 空帶：

2、沒(méi)有電子占據(jù)的能帶空帶：沒(méi)有電子占據(jù)的能帶l 禁帶：不能填充電子的能區(qū)禁帶：不能填充電子的能區(qū)l 價(jià)帶：在價(jià)帶：在0k0k時(shí)能被電子占滿的最高能時(shí)能被電子占滿的最高能 帶，對(duì)半導(dǎo)體價(jià)帶通常是慢帶帶，對(duì)半導(dǎo)體價(jià)帶通常是慢帶l 導(dǎo)帶：半導(dǎo)體最外面（能量最高）的導(dǎo)帶：半導(dǎo)體最外面（能量最高）的 一個(gè)能帶。一個(gè)能帶。 u 能帶被占據(jù)情況的幾個(gè)概念能帶被占據(jù)情況的幾個(gè)概念： 空帶空帶 滿帶滿帶E E 不滿帶不滿帶 禁帶禁帶價(jià)帶價(jià)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶4u 能帶對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)能帶對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)滿帶滿帶電子交換能態(tài)并不改變電子交換能態(tài)并不改變能量狀態(tài)，所以能量狀態(tài)，所以滿帶不滿帶不導(dǎo)電。導(dǎo)電。導(dǎo)帶：導(dǎo)帶：不滿帶或滿帶以上最

3、低的空帶不滿帶或滿帶以上最低的空帶為什么把空帶或不滿帶稱為導(dǎo)帶？為什么把空帶或不滿帶稱為導(dǎo)帶？所以所以只有這種能帶中的電子才能導(dǎo)電。只有這種能帶中的電子才能導(dǎo)電。反向電子轉(zhuǎn)移與之抵消，可以形成電流，因此表現(xiàn)反向電子轉(zhuǎn)移與之抵消，可以形成電流，因此表現(xiàn)出導(dǎo)電性，所以空帶又稱當(dāng)由于某種原因電子受到出導(dǎo)電性，所以空帶又稱當(dāng)由于某種原因電子受到激發(fā)而進(jìn)入空帶時(shí)，這些電子在外電場(chǎng)作用下向較激發(fā)而進(jìn)入空帶時(shí)，這些電子在外電場(chǎng)作用下向較高的空能級(jí)轉(zhuǎn)移，沒(méi)有為導(dǎo)帶。高的空能級(jí)轉(zhuǎn)移，沒(méi)有為導(dǎo)帶。5二. 金屬導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體 1. 導(dǎo)體導(dǎo)體 較低的能帶都被電子填滿，上面的能帶較低的能帶都被電子填滿，上面的能帶

4、只是部分地被電子填充。只是部分地被電子填充。 當(dāng)無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，當(dāng)無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，晶體中的電子速度分晶體中的電子速度分布對(duì)稱，不引起宏觀布對(duì)稱，不引起宏觀電流。電流。 當(dāng)有外電場(chǎng)時(shí)，晶體中的運(yùn)動(dòng)著電子有些被加當(dāng)有外電場(chǎng)時(shí)，晶體中的運(yùn)動(dòng)著電子有些被加速，有些被減速，即有些動(dòng)能增加有些動(dòng)能減小。速，有些被減速，即有些動(dòng)能增加有些動(dòng)能減小。只有當(dāng)電子所在的能帶內(nèi)有未被占據(jù)的空能級(jí)，即只有當(dāng)電子所在的能帶內(nèi)有未被占據(jù)的空能級(jí)，即為非滿帶時(shí)，這樣的躍遷才有可能實(shí)現(xiàn)為非滿帶時(shí)，這樣的躍遷才有可能實(shí)現(xiàn)。2p3sEg 禁帶禁帶未填滿的導(dǎo)帶未填滿的導(dǎo)帶填滿的能帶填滿的能帶6n 導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 空帶空帶 導(dǎo)

5、帶導(dǎo)帶E E某些一價(jià)某些一價(jià)金屬，金屬，如如:Li :Li 滿帶滿帶某些二價(jià)金屬，某些二價(jià)金屬，如如:Be, Ca, Mg,:Be, Ca, Mg, Zn, Ba Zn, Ba 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 空帶空帶如如:Na, K, Cu,:Na, K, Cu, Al, Ag Al, Ag 空帶空帶價(jià)價(jià)帶帶72.2.絕緣體絕緣體E E 空帶空帶 空帶空帶 滿帶滿帶禁帶禁帶E Eg g=3=36eV6eV從能級(jí)圖來(lái)看，從能級(jí)圖來(lái)看，是因?yàn)闈M帶是因?yàn)闈M帶與空帶間有一個(gè)與空帶間有一個(gè)較寬較寬的禁帶的禁帶 絕緣體絕緣體在外電場(chǎng)的作用下，在外電場(chǎng)的作用下，共有化電子很難接受外電場(chǎng)的能量，共有化電子很難接受外電場(chǎng)的能量，所

6、以形不成電流。所以形不成電流。 當(dāng)當(dāng)外電場(chǎng)足夠強(qiáng)外電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，共有化電子還是能越過(guò)時(shí)，共有化電子還是能越過(guò)禁帶躍遷到上面的空帶中，使禁帶躍遷到上面的空帶中，使絕緣體的擊穿絕緣體的擊穿 。共有化電子很難從低能級(jí)（滿帶）共有化電子很難從低能級(jí)（滿帶）躍遷到高能級(jí)（空帶）上去。躍遷到高能級(jí)（空帶）上去。（ E Eg g：3 36 eV6 eV）8 3. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體不含雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體不含雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體。 當(dāng)溫度接近當(dāng)溫度接近 0 K時(shí)，價(jià)帶都被電子填時(shí)，價(jià)帶都被電子填滿，價(jià)帶以上的能滿，價(jià)帶以上的能帶帶都是空帶。因此和絕都是空帶。因此和絕緣體一樣都沒(méi)有導(dǎo)電緣體一樣都沒(méi)有導(dǎo)電性。性。 本征半導(dǎo)體的禁帶比絕緣體的窄很多，在常溫本征半導(dǎo)體的禁帶比絕緣體的窄很多，在常溫下，少數(shù)電子