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文档简介

19-2固体的能带结构,固体分为晶体和非晶体两大类。本节主要介绍晶体的能带结构。,晶体宏观上具有对称的几何外形，微观上原子或离子呈现在空间有规则的周期性的排列。,晶体的性质与这种内在的周期性有关。,1.电子共有化,晶体中大量原子有规则排列,晶体中形成了如图所示的周期性势场,电子在这种周期性的势场中运动,对于高能级的电子，其能量超过势垒高度，电子可以在整个固体中自由运动。对于能量低于势垒高度的电子,也有一定的贯穿概率。,价电子不再为单个原子所有,而为整个晶体所共有的现象称为电子共有化。,2.能带的形式,量子力学计算表明，固体中若有N个原子，由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的每一个能级,变成了N条靠得很近的能级，称为能带。,若N=1023，则能带中两能级的间距约10-23eV。,（1）越是外层电子，能带越宽，E越大。,（2）点阵间距越小，能带越宽，E越大。,（3）两个能带有可能重叠。,一般规律：,能带的形式,能带的形式,3.满带、导带和禁带,固体中的一个电子只能处在某个能带中的某一能级上。,电子的填充原则：,（）服从泡利不相容原理,（）服从能量最小原理,设孤立原子的一个能级Enl，它最多能容纳2(2l+1)个电子。,这一能级分裂成由N条能级组成的能带后，能带最多能容纳(2l+1)个电子。,泡利,电子排布时，应从最低的能级排起。,2p、3p能带，最多容纳6个电子。,例如，1s、2s能带，最多容纳2N个电子。,价带,空带,禁带,满带,导带,满带、导带和禁带,几个有关能带的名称：,排满电子的能带,价电子能级分离后形成的能带,未排电子的能带，空带也是导带,不能排电子的区域,未排满电子的价带,4.导体、半导体和绝缘体,它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。,固体按导电性能的高低可以分为,从能级图上来看，是因为满带与空带之间有一个较宽的禁带（Eg约36eV），共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。,在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。,绝缘体,满带、导带和禁带,在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体定向流动形成电流。,从能级图上来看，是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级上去。,导体,满带、导带和禁带,半导体的能带结构与绝缘体的能带结构类似,但是禁带很窄（Eg约0.12eV)。,半导体,满带、导带和禁带,绝缘体与半导体的击穿,当外电场非常强时，绝缘体与半导体的共有化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中。通常称为半导体与绝缘体被击穿。,绝缘体,半导体,导体,满带、导带和禁带,绝缘体与半导体的击穿,当外电场非常强时，绝缘体与半导体的
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