2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋

導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋

導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋

金屬的自由電子模型能夠解釋電導(dǎo)的一些特性但不能說(shuō)明固體材料為什么有導(dǎo)體、絕緣體之分能帶理論給出了一些合理的解釋這是它的一個(gè)重大成就也奠定了現(xiàn)代導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的理論

1、導(dǎo)體、絕緣體模型非導(dǎo)體：電子恰能填滿最低的一系列能帶，其余各帶是空的導(dǎo)體：下面各帶完全填滿，還存在一導(dǎo)帶，是部分填滿的

導(dǎo)帶在T=0K時(shí)，純凈的半導(dǎo)體是絕緣體存在最高的滿帶：價(jià)帶V最低的空帶：導(dǎo)帶C費(fèi)米能級(jí)EF在帶隙中帶隙Eg較?。ㄅc絕緣體比較）2、半導(dǎo)體3、半導(dǎo)體的激發(fā)本征激發(fā)：T>0K時(shí)，半導(dǎo)體中電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶上，形成導(dǎo)電能力。雜質(zhì)激發(fā)：半導(dǎo)體中有雜質(zhì)原子時(shí)，電子可以在雜質(zhì)原子與半導(dǎo)體的原子間激發(fā)。本征半導(dǎo)體：高純度半導(dǎo)體，雜質(zhì)貢獻(xiàn)可忽略雜質(zhì)半導(dǎo)體（非本征半導(dǎo)體）：雜質(zhì)貢獻(xiàn)明顯觀察Bloch振蕩（在一般材料中）很困難。晶格振動(dòng)、雜質(zhì)、缺陷的散射會(huì)破壞這種振蕩，使之無(wú)法完成周期振蕩?；貞洠浩骄杂沙踢B續(xù)兩次散射之間的平均時(shí)間間隔τ≈10-13s觀察Bloch振蕩的條件是：能看得到嗎？Bloch振蕩的周期Bloch振蕩的周期：電子在布里淵區(qū)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間。在K空間運(yùn)動(dòng)的速度：Bloch周期：估計(jì)一下Bloch振蕩的周期勻速運(yùn)動(dòng)強(qiáng)電場(chǎng)E大晶格間距（常數(shù)）a延長(zhǎng)τ一般固體材料a≈3A,τ≈10-13要求E>2×105V.cm-1要實(shí)現(xiàn)T<<τ早被擊穿了！用高純度的半導(dǎo)體材料：減少雜質(zhì)、缺陷的密度低溫：降低晶格熱運(yùn)動(dòng)可以把τ提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)人工晶體結(jié)構(gòu)：超晶格，大的a想新的途徑成功了！介觀物理Mesoscopicphysics滿帶不導(dǎo)電

在滿帶中（無(wú)電場(chǎng)），每個(gè)電子有電流-qv；但k和–k的電子的電流互相抵消。當(dāng)外加電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）時(shí)，任一時(shí)刻，電子的填充狀況不改變，電子以同樣速度在K空間移動(dòng)，總電流仍為零。能帶論：在恒電場(chǎng)下部分填充能帶可以產(chǎn)生電流

在E=0時(shí)，電子在k的態(tài)上對(duì)稱分布，總電流為零；在E≠0時(shí)，所有電子在K空間沿同一方向移動(dòng)，會(huì)有部分電子的電流不被抵消，產(chǎn)生凈電流產(chǎn)生直流電流，必需有非彈性碰