第七章-晶体中电子在电场和磁场中的运动.pptVIP

非导体：电子刚好填满能量最低的一系列能带，而能量再 高的各能带都是没有电子填充的空带。 导 体：电子除填满能量最低的一系列能带外，在满带和 空带间还有部分填充的导带。 半导体：其禁带宽度一般较窄。 常规半导体：如 Si：Eg ~1.1eV；  Ge： Eg ~ 0.7 eV；GaAs： Eg ~ 1.5 eV 宽带隙半导体：如?－SiC： Eg ~ 2.3 eV； 4H－SiC： Eg~3 eV 绝缘体：禁带宽度一般都较宽， Eg 几个eV。 如?－Al2O3： Eg~8 eV；NaCl： Eg~6 eV。 半金属：介于金属与半导体之间的中间状态。电子密度：As：~2.1?1020cm-3; Sb： ~ 5.7 ?1019cm-3;  Bi： ~ 2.7 ?1017cm-3; Cu： ~ 8.45 ?1022cm-3 电阻率：Bi：??c 127 ?10-6(??cm)；?c 100 ?10-6(??cm) Sb：??c 29.3?10-6(??cm)；?c 38.4 ?10-6(??cm) Cu： 1.55 ?10-6(??cm)；Al：2.5 ?10-6(??cm) 由于半导体材料的能隙较窄，因而在一定温度下，有少量电子从价带顶跃迁到导带底，从而在价带中产生少量空穴，而在导带底出现少量电子。因此，在一定温度下，半导体具有一定的导电性，称为本征导电性。电子的跃迁几率~exp(-Eg/kBT)，在一般情况下，由于EgkBT，所以，电子的跃迁几率很小，半导体的本征导电率较低。T升高，电子跃迁几率指数上升，半导体的本征电导率也随之迅速增大。 在金属中，其导带部分填充，导带中有足够多的载流子（电子或空穴），温度升高，载流子的数目基本上不增加。但温度升高，原子的热振动加剧，电子受声子散射的几率增大，电子的平均自由程减小。因此，金属的电导率随温度的升高而下降。 T ? 半导体 金属 如果半导体中存在一定的杂质，其能带的填充情况将有所改变，可使导带中出现少量电子或价带中出现少量空穴，从而使半导体有一定的导电性，称为非本征导电性。 绝缘体的带隙宽，在一般情况下，绝缘体没有可观察到的导电性。 三、几个实例 碱金属 晶体结构：体心立方（ bcc）结构，每个原胞中 有一个原子。碱金属原子基态：内壳层饱和，最外层的 ns态有一个价电子。Li：1s22s1；Na：1s22s22p63s1 等。 由N个碱金属原子结合成晶体时，原子的内层电子刚好 填满相应的能带，而与外层ns态相应的能带却只填充了 一半。因此，碱金属是典型的金属导体。 贵金属（Cu、Ag和Au）的情况（fcc结构）与碱金属相 似，也是典型的金属导体。 第三族元素也有类似的情况，只不过这时形成导带的是np电子，而不是ns电子。所以，第三族元素的晶体绝大多数为金属。 对于二价的碱土金属元素，与碱金属元素相似，其最外层有两个ns电子，如Be：1s22s2；Mg：1s22s22p63s2等。若按对碱金属的讨论，N个碱土金属原子中有2N个ns电子，应刚好填满其相应的ns能带而形成非导体。但实际上它们是金属导体，而不是非导体。这是由于在这些晶体中，与ns态相应的能带与上面的能带发生重叠，因此，2N个ns电子尚未填满相应的能带就已开始填入更高的能带，结果使得这两个能带都是部分填充的。 周期表中第四族及其以上的元素，由于其电子态和结合形式比较复杂，所以必须经过具体计算之后，才能判断是金属还是非金属。 对绝缘体，如：NaCl晶体。Na原子基态：1s22s22p63s1；Cl原子基态：1s22s22p63s23p5。当Na原子与Cl原子结合成NaCl晶体时，Na的3s带比Cl的3p带高约6 eV，在Cl的3p带中可以填充6N个电子，但N个Cl原子中只有5N个3p电子，于是，在能量较高的Na的3s带中的N个电子就转移到能量较低的Cl的3p带中，刚好填满Cl的3p带，而Na的3s带成为空带，其能隙Eg~ 6 eV，所以，NaCl晶体为绝缘体。 四、X射线发射谱 电子在价电子能带中的填充情况可以用X射线发射谱实验来验证。 1s 2s 2p 价电子能 带 K L1 L2 K：外