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导体、绝缘体和半导体的能带论解释

导体、绝缘体和半导体的能带论解释

金属的自由电子模型能够解释电导的一些特性但不能说明固体材料为什么有导体、绝缘体之分能带理论给出了一些合理的解释这是它的一个重大成就也奠定了现代导体、绝缘体和半导体的理论

1、导体、绝缘体模型非导体：电子恰能填满最低的一系列能带，其余各带是空的导体：下面各带完全填满，还存在一导带，是部分填满的

导带在T=0K时，纯净的半导体是绝缘体存在最高的满带：价带V最低的空带：导带C费米能级EF在带隙中带隙Eg较小（与绝缘体比较）2、半导体3、半导体的激发本征激发：T>0K时，半导体中电子从价带激发到导带上，形成导电能力。杂质激发：半导体中有杂质原子时，电子可以在杂质原子与半导体的原子间激发。本征半导体：高纯度半导体，杂质贡献可忽略杂质半导体（非本征半导体）：杂质贡献明显观察Bloch振荡（在一般材料中）很困难。晶格振动、杂质、缺陷的散射会破坏这种振荡，使之无法完成周期振荡。回忆：平均自由程连续两次散射之间的平均时间间隔τ≈10-13s观察Bloch振荡的条件是：能看得到吗？Bloch振荡的周期Bloch振荡的周期：电子在布里渊区运动一个周期的时间。在K空间运动的速度：Bloch周期：估计一下Bloch振荡的周期匀速运动强电场E大晶格间距（常数）a延长τ一般固体材料a≈3A,τ≈10-13要求E>2×105V.cm-1要实现T<<τ早被击穿了！用高纯度的半导体材料：减少杂质、缺陷的密度低温：降低晶格热运动可以把τ提高几个数量级人工晶体结构：超晶格，大的a想新的途径成功了！介观物理Mesoscopicphysics满带不导电

在满带中（无电场），每个电子有电流-qv；但k和–k的电子的电流互相抵消。当外加电场（或磁场）时，任一时刻，电子的填充状况不改变，电子以同样速度在K空间移动，总电流仍为零。能带论：在恒电场下部分填充能带可以产生电流

在E=0时，电子在k的态上对称分布，总电流为零；在E≠0时，所有电子在K空间沿同一方向移动，会有部分电子的电流不被抵消，产生净电流产生直流电流，必需有非弹性碰

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