用能带理论解释导体、半导体和

1、材料化学1301班冯燕萍一. 电子填充能带的情况 当温度接近当温度接近 0 K时，电子由低能级到高能级逐时，电子由低能级到高能级逐个填充能带。个填充能带。 一般，原子的内层能级都被电子填满，成为一般，原子的内层能级都被电子填满，成为满满带带。价电子引起的能带（价带）可能是满带，也可。价电子引起的能带（价带）可能是满带，也可能不是满带能不是满带。 有些能带相互交叠形成混合能带，交叠后的能有些能带相互交叠形成混合能带，交叠后的能带还可能再分裂为上下两个能带。带还可能再分裂为上下两个能带。l 满带：填满电子的能带满带：填满电子的能带l 不满带：未填满电子的能带不满带：未填满电子的能带l 空带：没有电

2、子占据的能带空带：没有电子占据的能带l 禁带：不能填充电子的能区禁带：不能填充电子的能区l 价带：在价带：在0k0k时能被电子占满的最高能时能被电子占满的最高能 带，对半导体价带通常是慢带带，对半导体价带通常是慢带l 导带：半导体最外面（能量最高）的导带：半导体最外面（能量最高）的 一个能带。一个能带。 u 能带被占据情况的几个概念能带被占据情况的几个概念： 空带空带 满带满带E E 不满带不满带 禁带禁带价带价带导带导带u 能带对电导的贡献能带对电导的贡献满带满带电子交换能态电子交换能态并不改并不改变能量状态，所以变能量状态，所以满满带不导电。带不导电。导带：导带：不满带或满带以上最低的空带

3、不满带或满带以上最低的空带为什么把空带或不满带称为导带？为什么把空带或不满带称为导带？所以所以只有只有这种能带中的电子才能导电。这种能带中的电子才能导电。反向电子转移与之抵消，可以形成电流，因此表现反向电子转移与之抵消，可以形成电流，因此表现出导电性，所以空带又称当由于某种原因电子受到出导电性，所以空带又称当由于某种原因电子受到激发而进入空带时，这些电子在外电场作用下向较激发而进入空带时，这些电子在外电场作用下向较高的空能级转移，没有为导带。高的空能级转移，没有为导带。二. 金属导体、绝缘体和半导体 1. 导体导体 较低的能带都被电子填满，上面的能带较低的能带都被电子填满，上面的能带只是部分地

4、被电子填充。只是部分地被电子填充。 当无外电场时，当无外电场时，晶体中的电子速度分晶体中的电子速度分布对称，不引起宏观布对称，不引起宏观电流。电流。 当有外电场时，晶体中的运动着电子有些被加当有外电场时，晶体中的运动着电子有些被加速，有些被减速，即有些动能增加有些动能减小。速，有些被减速，即有些动能增加有些动能减小。只有当电子所在的能带内有未被占据的空能级，即只有当电子所在的能带内有未被占据的空能级，即为非满带时，这样的跃迁才有可能实现为非满带时，这样的跃迁才有可能实现。2p3sEg 禁带禁带未填满的导带未填满的导带填满的能带填满的能带n 导体的能带结构导体的能带结构 空带空带 导带导带E E

5、某些一价某些一价金属，金属，如如:Li :Li 满带满带某些二价金属，某些二价金属，如如:Be, Ca, Mg,:Be, Ca, Mg, Zn, Ba Zn, Ba 导带导带 空带空带如如:Na, K, Cu,:Na, K, Cu, Al, Ag Al, Ag 空带空带价价带带2.2.绝缘体绝缘体E E 空带空带 空带空带 满带满带禁带禁带E Eg g=3=36eV6eV从能级图来看，从能级图来看，是因为满带是因为满带与空带间有一个与空带间有一个较宽较宽的禁带的禁带 绝缘体绝缘体在外电场的作用下，在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，共有化电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。

6、所以形不成电流。 当当外电场足够强外电场足够强时，共有化电子还是能越过时，共有化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中，使禁带跃迁到上面的空带中，使绝缘体的击穿绝缘体的击穿 。共有化电子很难从低能级（满带）共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。跃迁到高能级（空带）上去。（ E Eg g：3 36 eV6 eV） 3. 本征半导体本征半导体不不含杂质的纯净半导体含杂质的纯净半导体。 当温度接近当温度接近 0 K时，价带都被电子填时，价带都被电子填满，价带以上的能满，价带以上的能带带都是空带。因此和绝都是空带。因此和绝缘体一样都没有导电缘体一样都没有导电性。性。 本征半导体的禁带比绝缘体的窄很多，在常温本征半导体的禁带比绝缘体的窄很多，在常温下，少数电子