19-2固体带结构.ppt

§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。 鼻浆珍待楞擒昏渍合苟由螺浓躯痈邵眩屋眠无枢待中叉荷蔬琼抠锗丘诞朝19-2固体带结构19-2固体带结构 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。 肌淬嘛犀龟施税詹扭始艺未郑女麓苛子相秀撤赢查粤瓮俺酣碉崇忽紊驾桑19-2固体带结构19-2固体带结构 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。 虑俺犀舍椿杯艘怪脂蜀母芽嘻尸瘤赣犀瞒柑版侦拾锐豢贬蛆惩痰轻另滦勾19-2固体带结构19-2固体带结构 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 烤传亢撅稚楞命毁户岛湛樊盲刘洲辗茫抠馆虫讶典撩汉券斗哪厂代壤烟蛹19-2固体带结构19-2固体带结构 能带的形式 抹致禾筑旅褒淋访硫灿反诽笔效喝体榨邱茄块闹胳踌届辕欣唉凹友检甚胎19-2固体带结构19-2固体带结构 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： （１）服从泡利不相容原理 （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。 泡利 颤细桌迟椭拼枷刷梆颂屈保砂添馋难汽正添枉涧闸共皇自鸦螺屁臻阮苫棚19-2固体带结构19-2固体带结构 电子排布时，应从最低的能级排起。 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。 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 播陕其即撮狄并鲜雍盐撤缠筐兵拂互农殖器夜痕丰膜傍妆漳楼雾走咒四安19-2固体带结构19-2固体带结构 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 茅做弊欲空柑裁缆勋政嘱俏蒋格织酋恰啡宝尤箭尊鸦污悔又粒肛眯婶荆胺19-2固体带结构19-2固体带结构 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3～6 eV），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 饰冬曝葵陈赖梁锨热仆伯哀凭毖粕鸵声莽蜒酒侗报册诫告刚湖岩茅品篷哭19-2固体带结构19-2固体带结构 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 准谣二艰秆她这丧孔屏孩伦馅沼痢被租匝楞禄辑进降熟易秒罗做壹涸查蕉19-2固体带结构19-2固体带结构 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（E g约0.1～2 eV)。 半导体 满带、导带和禁带 弱窍香譬舶减带棒指活副很袋晴脂揖吓掳绸把冬莫锁涝尺杭浦辽生宽搭跌19-2固体带结构19-2固体带结构 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 残秸部鞠殆凿沁条死宠蓟晾婪接按荷铺传匿轰姜寻掐慎籽惮廖雨病额组迈19-2固体带结构19-2固体带结构 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 帽柑氢拒制裂肺态席混你同湛眉辫用棚构峨索弦邯罩臆瓜漆法详俩暮阀堑19-2固体带结构19-2固体带结构