导体、半导体与绝缘体
23页1、6. 7导体.半导体与绝缘体第六章能带理论 6S7导体、半导体与绝缘体根据能带结构及电子的填充情况可以说明为什么晶体可以区分为导体、半导体与绝缘体,这是能带理论的巨大成就。6.7.1能带的填充与导电性由于E(k)是k的周期函数布里渊区中空出的部分与离开的部分相同整个能带中电子分布情况实际上没有变化结论闵此满带在电场作用下不导电 如果能带不满,只有部分状态被电子占据,则在电场作用下, 整个电子分布向电场反方向移动,如下图,这时沿电场正、反方向运动的电子数不相等,破坏了原来的对称分布,总的电流不为零,所以不满带可以导电。EEP125凋6.11电场作用下不满带中的电子分布示意图排了电子但未排满的称为未(不)满带未排电子的称为空带。两个能带之间的禁带是不能排电子的。J上 1满带不导电2不满能带才有导电性6工2电子与空穴只有不满的能带才有导电的功能,其电流的载流子自然是电子。但当一个能带只含 有少量的空状态而大部分状态被电子占据 时,我们称这些空状态为空穴。为描述这 种近满能带的导电性,通常不用其中的大量电子而用少量的空穴,可以使问题大为 简化也更为直观。可以证明,缺少一个电子的能带所产生的电流
2、与一个带正电荷的载流子以速度运动时所产生的电流相同。这样,缺少一个电子的能带其所有 2N1个电子对电流的贡献便可以归结为一个带正电荷e的空穴的贡献。可以把空穴看成具有正有效质量加笃伙)的准粒子。因此,晶体中的载流子除电子外还可以有 空穴,既可以单独存在也可以同时存在。 673导体、半导体与绝缘体的区分既然满带电子不导电只有不满带电子才有导电性,所以根据能带结构及其填充情况 就可以判断晶体是否为导体。当原子结合成晶体后,原子的内层满壳层电子将填满相应的一系列能带,这些电子的数量虽然很大,但不参与导电,只须考虑外层价电子的能带填充情况就可以判断晶体的导电性。11能量最高的满带与最低的空带有重叠, 结果两个能带都不满,晶体仍是导体。21能量最高的满带与最低的空带没有重叠,被禁带分开,这种晶体是绝缘体或半导体。导体,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。绝缘体: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。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36 eV),共有化电子很难从低能级 (满带)跃迁到高能级(空带)上去。
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