固体中的电子分析PPT学习教案

1、会计学1 固体中的电子分析固体中的电子分析 Na Cl 立方立方 Cs Cl 体心体心 立方立方 Cu 面心面心 立方立方 晶胞晶胞 第1页/共18页 二、固体的能带二、固体的能带 1、电子共有化、电子共有化 U r 单个原子单个原子 U r 两个原子两个原子 由于晶体中原子的周由于晶体中原子的周 期性排列而使价电子期性排列而使价电子 不再为单个原子所有不再为单个原子所有 的现象，称为的现象，称为电子的电子的 共有化共有化。 U r 晶体中周期性势场晶体中周期性势场 2 E 1 E 第2页/共18页 2、能带的形成、能带的形成 电子的共有化使原先每个原子中电子的共有化使原先每个原子中具有相同能

2、级的具有相同能级的 电子能级电子能级，因各原子间的相互影响而，因各原子间的相互影响而分裂成一系分裂成一系 列和原来能级很接近的新能级列和原来能级很接近的新能级，形成能带。，形成能带。 O s1 B r A 0 r E E 氢原子的能级分裂氢原子的能级分裂 E 原子中原子中 的能级的能级 晶体中的能晶体中的能 带带 第3页/共18页 能带的一般规律能带的一般规律： 2. 越是外层电子，能带越是外层电子，能带 越宽，越宽， E越大。越大。 1. 原子间距越小，能带原子间距越小，能带 越宽，越宽， E越大。越大。 3. 两个能带有可能重叠。两个能带有可能重叠。 禁带禁带：两个相邻能带间：两个相邻能带

3、间 可能有一个不被允许的可能有一个不被允许的 能量间隔。能量间隔。 离子间距离子间距r0 2p 2s 1 s E O 能带重叠示意图能带重叠示意图 第4页/共18页 电子在能带中的分布：电子在能带中的分布： 1、每个能带可以容纳的电子数等于与该能带相应、每个能带可以容纳的电子数等于与该能带相应 的原子能级所能容纳的电子数的的原子能级所能容纳的电子数的N倍（倍（N是组成晶是组成晶 体的原子个数）。体的原子个数）。 2、正常情况下，总是优先填能量较低的能级。、正常情况下，总是优先填能量较低的能级。 满带满带：各能级都被电子填满的能带。：各能级都被电子填满的能带。 满带中电子不参与导电过程。满带中电

4、子不参与导电过程。 价带价带：由价电子能级分裂而形成的能带。：由价电子能级分裂而形成的能带。 价带能量最高，可能被填满，也可不满。价带能量最高，可能被填满，也可不满。 空带空带：与各原子的激发态能级相应的能带。：与各原子的激发态能级相应的能带。 正常情况下没有电子填入。正常情况下没有电子填入。 第5页/共18页 禁带禁带g E 空带空带 （导带）（导带） 满带满带 导带导带 满带满带 第6页/共18页 三、导体和绝缘体三、导体和绝缘体 当温度接近热力学温度零度时，半导体和绝缘当温度接近热力学温度零度时，半导体和绝缘 体都具有满带和隔离满带与空带的禁带。体都具有满带和隔离满带与空带的禁带。 禁带

5、禁带 g E 空带空带 满带满带 半导体能带半导体能带 eV.Eg5110 禁带禁带 空带空带 满带满带 绝缘体能带绝缘体能带 eVEg63 第7页/共18页 禁带禁带 g E 价带价带 满带满带 空带空带 满带满带 空带空带 价带价带 g E 满带满带 一个好的金属导体，它最上一个好的金属导体，它最上 面的能带或是未被电子填满，面的能带或是未被电子填满， 或虽被填满但填满的能带却或虽被填满但填满的能带却 与空带相重叠。与空带相重叠。 第8页/共18页 四、半导体四、半导体 本征半导体本征半导体是指纯净的半导体。是指纯净的半导体。 杂质半导体杂质半导体是指掺有杂质半导体。是指掺有杂质半导体。

6、电子导电电子导电半导体的载流子是电子半导体的载流子是电子 空穴导电空穴导电半导体的载流子是空穴（满带上半导体的载流子是空穴（满带上 的一个电子跃迁到空带后的一个电子跃迁到空带后, ,满带满带 中出现的空位）中出现的空位） 电子共有化是指电子在不同原子的相同电子共有化是指电子在不同原子的相同 能级上转移而引起的，电子不能在不同能级上转能级上转移而引起的，电子不能在不同能级上转 移，因为不同能级具有不同的能量。移，因为不同能级具有不同的能量。 第9页/共18页 而杂质原子与原组成晶体的原子不一样，因而杂而杂质原子与原组成晶体的原子不一样，因而杂 质原子的能级和晶体中原子的能级不相同，在这质原子的能

7、级和晶体中原子的能级不相同，在这 些能级上的电子由于能量的差异，不能过度到其些能级上的电子由于能量的差异，不能过度到其 他原子的能级上去，即不参与电子的共有化。他原子的能级上去，即不参与电子的共有化。 量子力学证明，杂质原子的能级处于禁带量子力学证明，杂质原子的能级处于禁带 中，不同类型的杂质，其能级在禁带中的位置也中，不同类型的杂质，其能级在禁带中的位置也 不同。有些杂质能级离导带较近，有些离导带较不同。有些杂质能级离导带较近，有些离导带较 远。杂质能级的位置不同，杂质半导体的导电结远。杂质能级的位置不同，杂质半导体的导电结 构也不同，按其导电结构，杂质半导体可分为两构也不同，按其导电结构，

8、杂质半导体可分为两 类：一类以电子导电为主，称类：一类以电子导电为主，称 n n 为型半导体为型半导体. . 另一类以空穴导电为主，称另一类以空穴导电为主，称 p p 为型半导体为型半导体. . 第10页/共18页 SiSiSiSi Si Si Si P 1、 n型半导体型半导体 在四价元素（硅在四价元素（硅、锗锗）中掺入少量五价元）中掺入少量五价元 素（磷素（磷、砷砷），形成），形成n型半导体。型半导体。 导带导带 施主施主 能级能级 g E 满带满带 D E E 第11页/共18页 SiSiSiSi Si Si Si 2、 p型半导体型半导体 在四价元素（硅在四价元素（硅、锗锗）中掺入少量

9、三价元素）中掺入少量三价元素 （硼（硼、镓镓） ，形成，形成p型半导体。型半导体。 B 导带导带 受主受主 能级能级 g E 满带满带 A E E 第12页/共18页 3、p-n结的形成结的形成 由于由于n区的电子向区的电子向p区扩区扩 散，散，p区的空穴向区的空穴向p区扩区扩 散，在散，在p型半导体和型半导体和n型型 半导体的交界面附近产半导体的交界面附近产 生了一个电场生了一个电场 , , 称为称为 内电场内电场。 p- -n结结 阻阻 E n型型 p型型 0 U 第13页/共18页 导带导带 禁带禁带 满带满带 区区p区区n )a( 0 eU 区区p区区n )b( 电电 子子 电电 势势

10、 能能 第14页/共18页 p-n结的单向导电性结的单向导电性 在在p-n结的结的p型区接电型区接电 源正极源正极，n区接负极区接负极 阻挡层势垒被削弱、阻挡层势垒被削弱、 变窄，有利于空穴向变窄，有利于空穴向n 区运动，电子向区运动，电子向p区运区运 动，形成动，形成正向电流正向电流。 E p型型n型型 I 阻阻 E U（伏）（伏） I （毫安）（毫安） O 第15页/共18页 在在p-n结的结的p型区接电型区接电 源负极，源负极，n区接正极区接正极。 阻挡层势垒增大、变阻挡层势垒增大、变 宽，不利于空穴向宽，不利于空穴向n区区 运动，也不利于电子运动，也不利于电子 向向p区运动区运动。 U(伏伏) I（微安）（微安） E p型型n型型 阻阻 E I 第16页/共18页 4、半导体的其他特征和应用、半导体的其他特征和应用 热敏电阻热敏电阻 半导体的电阻随温度的升高而指数下降，半导体的电阻随温度的升高而指数下降，