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固体能带结构
固体能带结构
主要内容：
1. 固体的能带
2. 绝缘体 导体 半导体
3. 杂质半导体 pn 结
固体的能带
1. 晶体结构和类型
晶体中原子或离子具有长程有序，而非晶体中仅具有短程有序.
晶体中原子或离子的这种周期性重复排列，称为晶格或空间点阵.
立方结构
面心立方结构
体心立方
金刚石
类型 结合力 方向性 饱和性 性能
导电性 硬度 熔点
离子晶体 离子键 无 弱 高
共价晶体 共价键 有 很低 高
分子晶体 范德瓦耳斯键 无 低 底
金属晶体 金属键 无 好
晶体类型：
一维晶体点阵形成的势能函数曲线
EP
r
+
+
+
+
+
2. 周期性势场和电子的共有化
r
以钠为例，分析价电子在 Na+ 的电场中的势能特点.
量子:电子能量 E 低，穿过势垒概率小，共有化程度低；
电子能量 E 高，穿过势垒概率大，共有化程度高.
E
+
d
E
经典:电子被束缚在Na+周围.
电子在晶体中作共有化运动，处在三维周期性势场 中
3. 能带
结论
单个原子的每个能级都分裂成 N 个与原能级很接近的新能级（能带）.
能带的宽度与电子的共有运动程度有关.
能带之间有禁带.
不同能带之间可能有重叠.
泡利不相容原理
2×N
2×N
2×N
6×N
6×N
10×N
4. 能带中电子的分布 满带、价带、空带
能量最小原理
原子能级
晶体能级（N个原子）
最多容纳电子数
一般情况下，价带是被电子所填充的能量最高的能带.
（未填满）
满带、价带、空带及其导电特性
满带:由内层电子能级分裂形成;
价带:由价电子能级形成;
空带:由激发态能级形成.
满带
不参与导电
参与导电
参与导电
空带
（填满）
价带
导带:未填满的带，空带（与价带相邻）.
绝缘体 导体 半导体
3~6eV
1. 绝缘体
价带
价带
0.1~1.5eV
2.半导体（本征半导体）
（空穴）
（电子）
电子 — 空穴对
导电特性：
温度特性
击穿特性
锂
镁
铜 、铝 银
3. 导体的能带（三种情况）
1. 本征半导体：
杂质半导体 pn结
2. 杂质半导体
（1）n 型半导体
没有参杂和缺陷的理想半导体.
参与导电的载流子为电子 — 空穴对.
杂质能级
价带
10-2 eV
施主能级
P +1
(2) p 型半导体
空穴
杂质能级
价带
受主能级
10-2 eV
B

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