技術物理基礎固體能帶結構

1根據(jù)固體的結構,固體材料分為:18.1.1晶體結構和晶體分類晶體非晶體準晶體（1984年發(fā)現(xiàn)）食鹽、云母、金剛石玻璃、松香、瀝青Ti--Ni—V急冷合金中發(fā)現(xiàn)的五次對稱現(xiàn)象AI—Mn準晶體2理想晶體的基本特征是：原子排列有規(guī)則，具有周期性，長程有序。非晶體結構不規(guī)則，是短程有序。1、晶體是由大量分子、原子或離子組成。晶體的結構和分類2、晶體的分類按照結合力的性質(zhì)晶體可分為四類

大量分子、原子或離子在三維空間的周期性規(guī)則排列方式稱為固體的點陣結構（晶體點陣）。3（1）離子晶體以離子間的庫侖力為結合力，如NaCl（2）共價晶體以共價鍵為結合力，如H2（3）分子晶體以范德瓦耳斯鍵（無極分子相互接近時誘發(fā)的瞬時電偶極矩）為結合力，如大部分有機物（4）金屬晶體以共有化價電子與離子實間的庫侖力為結合力41.電子共有化在固體中，原子眾多，相鄰原子排列緊密，因此各能級殼層有不同程度的重疊，而最外層的能級殼層重疊部分最多。此時每個電子既要受到自己的離子實的作用，又要受到其它離子實的作用，所以電子不再束縛于一定的原子，電子將可以在整個固體中運動，這種現(xiàn)象稱為電子的共有化。18.1.2固體的能帶52.能帶的形成1）能級的分裂但是，當原先是各自孤立的原子結合成分子時，使得各原子的能級也出現(xiàn)不同程度的交疊，結果會使得原子中原先的各個能級發(fā)生不同程度的分裂。對于一個孤立的原子，其能量主要的取決于主量子數(shù)n和角子數(shù)

，并形成一系列分立的能級，每一能級上有 個量子態(tài)(n,

給定），每一個量子態(tài)上只能有一個電子占據(jù)，。例如n=1.

=0的1s能級上可以有兩個自旋量子態(tài)不同的電子占據(jù)。6２）能帶的形成計算表明，當原子結合成固體時，原先的一個能級分裂成Ｎ個子能級，其最高子能級與最低子能級的能量間隔Ｅ一般在幾個eV的數(shù)量級，且與Ｎ的增減無顯著關系。若N~1023,則能帶中兩能級的間距約~10-22eV.這樣小的能級間隔在實驗上完全可以忽略不計，而認為能量值是連續(xù)變化的。這種Ｎ個子能級的能量值可視為連續(xù)變化的能量帶即稱之為能帶。7一般規(guī)律：（１）越是外層電子，能帶越寬.（２）點陣間距越小，能帶越寬．

(3)兩個能帶有可能重疊.結論：一個孤立的原子的能量分布是一系列由量子數(shù)n,l決定的分立的能級。當Ｎ個原子結合成固體時，整個固體的能量分布則是一系列的由量子數(shù)n,l決定的能量連續(xù)分布的能帶。818.1.3導體和絕緣體它們的導電性能不同，是因為它們的能帶結構不同。固體按導電性能的高低可以分為導體半導體絕緣體918.1.4半導體本征半導體：純凈的無雜質(zhì)的半導體導帶禁帶滿帶空穴電子鍺晶體中的正常鍵電子被激發(fā)，晶體中出現(xiàn)空穴GeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGe101.n型半導體價帶導帶施主能級施主能級五價原子砷摻入四價硅中，多余的價電子環(huán)繞

離子運動112.p型半導體價帶導帶受主能級受主能級空穴GeGeGeGeGeGeGeGeGeGe

三價原子硼摻入四價鍺晶體中，空穴環(huán)繞離子運動12pnpnP-n結的伏安特性曲線反向電壓正向電壓3.p-n結13pnp