固体的能带结构整理ppt.PPT

P-N结处存在电势差Uo． 也阻止右边 N区 带负电的电子进 一步向左扩散． 它阻止左边 P区 带正电的空穴进 一步向右扩散； U0 电子能级 电势曲线 电子电势能曲线 P-N结 考虑到P-Ｎ结的存在，半导体中电子 的能量应考虑进这内建场带来的电子 附加势能. 电子的能带 出现弯曲现象． 空带 空带 P-N结 施主能级 受主能级 满带 满带 二 . Ｐ-Ｎ结的单向导电性 １. 正向偏压 在Ｐ-Ｎ结 的p型区接 电源正极， 叫正向偏压. 阻挡层势垒被削弱、变窄，有利于空穴 向N区运动，电子向P区运动， 形成正向电流（mＡ级）． p型 n型 I 外加正向电压越大， 正向电流也越大， 而且是呈非线性的 伏安特性. V （伏） ３０ ２０ １０ （毫安） 正向 0 0.2 1.0 ２. 反向偏压 在Ｐ-Ｎ结的ｐ型区接电源负极, 叫反向偏压. 阻挡层势垒增大、变宽，不利于空穴向Ｎ区运动，也不利于电子向P区运动,没有正向电流.． p型 n型 I * 回上页 下一页 回首页 * 固体能带结构简介 前 言 固体的能带 导体和绝缘体 半导体的导电机构 Ｐ-Ｎ 结 半导体的其他特性和应用 回篇首 回主页 结 束 根据固体的结构, 固体材料分为晶体和非晶 体 （1984年发现了准晶体） 固体是由大量分子、原子或离子组成。而大量分子、原子或离子有规则排列的方式称为固体的点阵结构（晶体点阵）。 理想晶体中原子排列是有规则的，具有周期性。长程有序。 非晶体结构不规则，是短程有序。 前 言 二十世纪初，特鲁德和洛仑兹建立的经典的金属的自由电子论，能说明金属的导电性，和导热性质，但对有些材料是导体，有些是绝缘体，有些是半导体不能解释。 量子理论出现使人们能正确和深入描述晶体内部的微观粒子运动。 能带理论是研究固体中电子运动的一个 主要理论 同时，由于近代物理的发展，对固体的认识更深入。 １９１２年劳厄首先用Ｘ射线对晶体结构进行研究。 二十世纪三十年代，人们作了大量关于晶体中电子能量状态、电子运动规律及晶体中原子的热运动和热缺陷的研究工作。逐渐建立了固体电子能带理论。 固体的能带理论提出了导电的微观机理，指出了导体和绝缘体的区别，同时也指出有一类固体叫做半导体，其导电性介于导体和绝绝缘体之间。 如：爱因斯坦的量子化概念研究晶格振动 在特鲁德和洛仑兹的金属的自由电子论基础上，索末菲发展的固体量子论，费米发展的统计理论。 一. 电子共有化 在固体中，相邻原子排列紧密，电子不再束缚于一定的原子，电子将可以在整个固体中运动，称为电子的共有化。 电子受到周期性势场的作用. §19-1 固体的能带 a 解定态薛定格方程(略），可以得出两点重要结论： （１）电子的能量是量子化的 （２）电子的运动有隧道效应 原子的外层电子(高能级)， 势垒穿透概率较大， 电子可以在整个固体中运动,称为共有化电子. 原子的内层电子与原子核结合较紧,一般不是 共有化电子. 二. 能带 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。 固体中的电子能级有什么特点？ 能带的宽度记作?E ，数量级为 ?E ~ eV． 若N~1023,则能带中两能级的间距约 ~ 10-23eV. 一般规律： （１）越是外层电子，能带越宽. （２）点阵间距越小，能带越宽． ( 3 ) 两个能带有可能重叠. 离子间距 能带重叠示意图 2P 2S 1S a r E o 三. 能带中电子的填充 固体中的一个电子只能处在某个能带中的 某一能级上． 填充原则： （１）服从泡里不相容原理（费米子） （２）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 2Ｎ(2l+1) 个电子． 电子排布时，应从最低的能级排起。 有关能带被占据情况的几个名词： 1．满带（排满电子） 2．价带（排满一部分电子）…亦称导带 3．空带（未排电子）…………亦称导带 4．禁带（不能排电子） 2ｐ、３ｐ能带，最多容纳 6Ｎ个电子． 例如，1ｓ、２ｓ能带，最多容纳 2Ｎ个电子． s p 单个原子 N个原子 满带 导带 空带 禁带 禁带 §19-2 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 导体 半导体 绝缘体