晶體的能帶結(jié)構(gòu)

i-固體：晶體、非晶體卡有確定的熔點(diǎn)*微觀上，分子、原子或離子呈有規(guī)則的簡(jiǎn)單立方晶格律晶體的能帶結(jié)構(gòu)律導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶特征律半導(dǎo)體的某些特性與應(yīng)用。（i）孤立原子（單價(jià)）?電子所在處的電勢(shì)為U，電子的電勢(shì)能為周期性排列，形成空間點(diǎn)陣（晶格）六角密排晶格Be,Mg,Zn,Cd2(3)大量原子規(guī)則排列情形為確定電子在周期性勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，需解薛定諤方程(1)對(duì)能量Ei的電子(上圖),3仍認(rèn)為電子束縛在各自離子周圍。），（3）電子共有化共有化的電電子共有化：由于晶體中原子的周期性排列，價(jià)電子不再為單個(gè)原子所有的現(xiàn)象。共有化的電子可以在不同原子中的相似軌道上轉(zhuǎn)移，可以在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng)。?原子的外層電子（高能級(jí)），勢(shì)壘穿透概率較大，屬于共有化二、能帶的形成?量子力學(xué)證明，由于晶體中各原子間的相互影響，原來各原子中能量相近的能級(jí)將分裂成一系列-這些新能級(jí)基本上連成一片，形成能帶(energyband)。裂成N條靠得很近的能級(jí)。使原來處于相同能級(jí)上的電子，不再有相同的能量，而處于能隙，禁帶4能帶中相鄰能級(jí)的能差:⑴外層電子共有化程度顯著，能帶較寬三、能帶中電子的排布晶體中的一個(gè)電子只能處在某個(gè)能帶中的某一條能級(jí)上。(1)服從泡里不相容原理(電子是費(fèi)米子)⑵服從能量最小原理?這一能級(jí)分裂成由N條能級(jí)組成的能帶?滿帶中的電子不能起導(dǎo)電作用晶體加外電場(chǎng)時(shí)，電子只能在帶內(nèi)不同能級(jí)間交換，不能改變電子在能帶中的總體分布。?滿帶中的電子由原占據(jù)的能級(jí)向帶內(nèi)任一能級(jí)轉(zhuǎn)移時(shí)，必有電子沿相反方向轉(zhuǎn)換，因此，不會(huì)產(chǎn)5?在外電場(chǎng)作用下，電子可向帶內(nèi)未被填充的高能級(jí)轉(zhuǎn)移，但無相反的電子轉(zhuǎn)換，因而可形成電流。?由原子的激發(fā)態(tài)能級(jí)分裂而成，正常情況下空著;?當(dāng)有激發(fā)因素(熱激發(fā)、光激發(fā))時(shí)，價(jià)帶中的電子可被激發(fā)進(jìn)入空帶;?在外電場(chǎng)作用下，這些電子的轉(zhuǎn)移可形成電流。所以，空帶也是導(dǎo)帶。4.禁帶：在能帶之間的能量間隙區(qū)，電子不能填充。?禁帶的寬度對(duì)晶體的導(dǎo)電性有重要的作用。絕緣體：電阻率P>108Qm一、導(dǎo)體(conductor)的能帶結(jié)構(gòu),如:Na,K,Cu,Al,Ag,Zn,Ba,6導(dǎo)帶和空帶不重疊(如Li,,)導(dǎo)帶和空帶重疊(如Na,K,Cu,Al,Ag)(2)有滿帶，但滿帶和空帶(或?qū)?重疊(如某些二價(jià)元素Be,Ca,Mg,Zn,Ba)2.導(dǎo)電機(jī)制在外電場(chǎng)的作用下，電子容易從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，形成集體的定向流動(dòng)二、絕緣體(-禁帶較寬(相對(duì)于半導(dǎo)-當(dāng)外電場(chǎng)非常強(qiáng)時(shí)，電子有可能越過禁帶躍遷到上面的空帶中去形成電流，這時(shí)絕緣體就被擊穿般的熱激發(fā)、光激發(fā)或外加電場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí),滿帶中的電子很難能越過禁帶而被激發(fā)到空帶上去。三、半導(dǎo)體的能級(jí)特點(diǎn)與導(dǎo)電機(jī)制1.本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體的禁帶寬度很-本征半導(dǎo)體(intrinsicsemiconductor)是指純凈的半導(dǎo)體，導(dǎo)電電場(chǎng)作用下，電子和空穴均可導(dǎo)電，它們稱作本征載流子;半導(dǎo)體-熱、光照、加電場(chǎng)都能把電子從滿帶激發(fā)到空帶中去,⑵導(dǎo)電征電場(chǎng)作用下，電子和空穴均可導(dǎo)電，它們稱作本征載流子;半導(dǎo)體-它們的導(dǎo)電形成半導(dǎo)體的本征導(dǎo)電性。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體(impuritysemiconductor)?如在純凈的半導(dǎo)體中適當(dāng)摻入雜質(zhì)，可提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力；能改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制。?按導(dǎo)電機(jī)制，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為n型(電?n型半導(dǎo)體：四價(jià)的本征半導(dǎo)體Si、Ge等摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)(impurity)元素(如P、As等)就形成了電子型半導(dǎo)體，也稱n7圖中摻入的五價(jià)P原子在晶體中替代Si的位置，構(gòu)成與Si相同的四電子結(jié)構(gòu)，多出的一個(gè)電子在雜質(zhì)離子的電場(chǎng)范圍內(nèi)運(yùn)?由量子力學(xué)，雜質(zhì)的（多余電子）的能級(jí)在禁帶中，且緊靠空帶（或?qū)?，下同）。圖中能量差.：210-eV，AED?也Eg（禁帶寬度）?施主（donor）能級(jí)：這種雜質(zhì)能級(jí)因靠近空帶，雜質(zhì)價(jià)電子極易向空帶躍遷。因向空帶供應(yīng)自由電子，所以這種雜質(zhì)能級(jí)稱施?因攙雜（即使很少），會(huì)使空帶中自由電子的濃度比同溫下純凈半導(dǎo)體空帶中的自由電子的濃度大很多倍，從而大大增強(qiáng)了半導(dǎo)其導(dǎo)電機(jī)制：雜質(zhì)中多余電子經(jīng)激發(fā)后躍遷到空帶（或?qū)В┒纬傻摹?四價(jià)的本征半導(dǎo)體Si、Ge等摻入少量三價(jià)的雜質(zhì)元素（如E、Ga、In等）形成空穴型半導(dǎo)體，8O亨「?這種雜質(zhì)的能級(jí)緊靠滿帶頂處，圖中厶EA<10-1eV，滿帶中的電子極易躍入此雜質(zhì)能級(jí)，使?jié)M帶中產(chǎn)生空穴。這種雜質(zhì)能級(jí)因接受電子而稱受主(acceptor)能級(jí)。?這種攙雜使?jié)M帶中的空穴的濃度較純凈半導(dǎo)體的空穴的濃度增加了很多倍，從而使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能增強(qiáng)。這種雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制：主要是由滿帶中空穴的運(yùn)動(dòng)形成的?？昭ㄒ欢鄶?shù)載流子?在半導(dǎo)體內(nèi)，由于摻雜的不同，使部分區(qū)域是為p-n結(jié)(P-Njunction)。n型，另一部分區(qū)域是p型，它們交界處的結(jié)構(gòu)稱*E阻e?9p-n結(jié)處存在由n—p的電場(chǎng)，稱為內(nèi)建場(chǎng)。此電場(chǎng)將遏止電子和空穴的繼續(xù)擴(kuò)散，最后達(dá)動(dòng)平I0p-n結(jié)的形成使其附近能帶的形狀發(fā)生了變?對(duì)帶正電的空穴，，其電勢(shì)能曲線類似于圖中上部的電勢(shì)曲線，效果是阻止左邊p區(qū)的空穴向右對(duì)帶負(fù)電的電子來說，它的電勢(shì)能曲線如圖的下部所示，阻止?考慮到p-n “丨eUo施主能級(jí)帶都形成一個(gè)勢(shì)壘，阻礙阻擋層（deplection⑴正向偏壓p-n結(jié)兩端時(shí)，阻擋層處的電勢(shì)差將發(fā)生變化。E于空穴向n型區(qū)、電子向p型區(qū)移動(dòng)，即形成正向電流E阻反向，阻擋層勢(shì)壘削弱、變窄，有利-外加電壓越大，正向電流也越大,22.反向偏壓同向，阻擋層勢(shì)壘增大、變寬，不利于空穴向?在p-n結(jié)的p型一端接電源負(fù)極，另一端接正極，這叫對(duì)p-?但是，由于少數(shù)載流子的存在，在外電場(chǎng)作用下，會(huì)形成很弱的反向電流，稱為-當(dāng)反向電壓超過某一數(shù)值后，反向電流會(huì)急劇增大，這稱為反向擊穿。?根據(jù)半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的升高而迅速下降的現(xiàn)象制成的半導(dǎo)體器件，稱為?熱敏電阻有體積小，熱慣性小，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制技術(shù)。?半導(dǎo)體硒，在照射光的頻率大于其紅限頻率時(shí)，它的電阻值有隨光強(qiáng)的增加而急劇減小的現(xiàn)象。利用這種特性制成的半導(dǎo)體器件稱為光敏電阻(photosensitiveresistance)。?光敏電阻是自動(dòng)控制、遙感等技術(shù)中的一個(gè)重要元件。?把兩種不同材料的半導(dǎo)體組成一個(gè)回路，并使兩個(gè)接頭具有不同的溫度，會(huì)產(chǎn)生較大的溫差電動(dòng)?利用半導(dǎo)體溫差熱電偶可以制成溫度計(jì)，或小型發(fā)電機(jī)。能的晶體三極管（trasistor），以及各種晶體管。進(jìn)一步可將它們作成集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電?下圖為一個(gè)微處理器（INMOST900）■than.?inilltf'Hwttrk