大学物理1512固体的能带结构.pptx

上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出两个原子两个原子晶体中周期性势场晶体中周期性势场单个原子单个原子价电子不再为单个原价电子不再为单个原子所有，而为整个晶子所有，而为整个晶体所共有的现象称为体所共有的现象称为电子共有化电子共有化上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出量子力学计算表明，固体中若有量子力学计算表明，固体中若有N个原子，由个原子，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，变成了一个能级，变成了N条靠得很近的能级，称为条靠得很近的能级，称为能带能带二、能带的形成二、能带的形成氢原子的能级分裂氢原子的能级分裂原子中原子中的能级的能级晶体中的能带晶体中的能带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出若若N=1023，则则能带中两能级的能带中两能级的间距约间距约10-23eV （1 1）越是外层电子，能带越宽，）越是外层电子，能带越宽，E越大。越大。（2 2）点阵间距越小，能带越宽，）点阵间距越小，能带越宽，E越大。越大。（3 3）两个能带有可能重叠。）两个能带有可能重叠。一般规律：一般规律：上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 固体中的一个电子只能处在某个能带中的固体中的一个电子只能处在某个能带中的某一能级上。某一能级上。电子的填充原则：电子的填充原则：（）服从泡利不相容原理（）服从泡利不相容原理 （）服从能量最小原理（）服从能量最小原理 设孤立原子的一个能级设孤立原子的一个能级 Enl，它最多能容纳它最多能容纳2(2l+1)个电子个电子。这一能级分裂成由这一能级分裂成由N条能级组成的能带后，条能级组成的能带后，能带最多能容纳能带最多能容纳2N(2l+1)个电子。个电子。三、满带、导带和禁带三、满带、导带和禁带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 电子排布时，应从最低的能级排起。电子排布时，应从最低的能级排起。2p、3p能带，最多容纳能带，最多容纳6N个电子个电子。例如例如，1s、2s能带，最多容纳能带，最多容纳2N个电子个电子。价带价带空带空带禁带禁带满带满带导带导带几个有关能带的名称：几个有关能带的名称：排满电子的能带排满电子的能带价电子能级分离后形成的能带价电子能级分离后形成的能带未排电子的能带，空带也是导带未排电子的能带，空带也是导带不能排电子的区域不能排电子的区域未排满电子的价带未排满电子的价带禁带禁带禁带禁带空带空带 价带价带满带满带导带导带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 它们的导电性能不同，是因为它们的能它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。带结构不同。固体按导电性能的高低可以分为固体按导电性能的高低可以分为导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体四、导体、半导体和绝缘体四、导体、半导体和绝缘体上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 从能级图上来看，是因为从能级图上来看，是因为满带与空带之间有一个满带与空带之间有一个较宽的禁较宽的禁带（带（Eg约约36 eV），共有化共有化电子很难从低能级（满带）跃迁电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。到高能级（空带）上去。在外电场的作用下，共有化电子很难接在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。受外电场的能量，所以形不成电流。绝缘体绝缘体绝缘体的能带绝缘体的能带满带满带空带空带 Eg上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 在外电场的作用下，大量共有化电子在外电场的作用下，大量共有化电子很很 易获得能量，集体定向流动形成电流。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。子很易从低能级跃迁到高能级上去。导体导体导带导带满带满带价带价带导带导带导体的能带导体的能带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出半导体的能带结构与绝缘体的能带半导体的能带结构与绝缘体的能带结构类似，结构类似，但是禁带很窄但是禁带很窄（Eg约约0.12 eV)。半导体半导体半导体的能带半导体的能带 Eg满带满带导带导带