固体能带论基础.pptx

第二十七章第二十七章 能带论基础能带论基础钠的钠的E31能级出现精细结构能级出现精细结构第第1页页/共共21页页不考虑自旋不考虑自旋考虑自旋考虑自旋量子态量子态例例泡利不相容原理泡利不相容原理同一能级同一能级(支能级支能级)只能排自旋反平行两电子只能排自旋反平行两电子或一个量子态只能排一个电子或一个量子态只能排一个电子第第2页页/共共21页页第一节第一节 固体能带的形成固体能带的形成1.原子的能级原子的能级1.例氢原子例氢原子(1)能级公式能级公式(2)能级图能级图第第3页页/共共21页页二二.能级分裂能级分裂1.两个粒子的能级分裂两个粒子的能级分裂第第4页页/共共21页页第第5页页/共共21页页2.多个粒子能级分裂多个粒子能级分裂（a）表示一个原子）表示一个原子（b）表示两个原子）表示两个原子（c）表示五个原子）表示五个原子（d）表示）表示N个原子个原子能带中有能带中有N(原子数原子数)个能级个能级第第6页页/共共21页页三三.能带描述能带描述1.能级能级能带能带2.能级分裂与粒子间距能级分裂与粒子间距3.三种能带图三种能带图能隙能隙（粒子类型（粒子类型.键键.晶体结构）晶体结构）第第7页页/共共21页页三三种种能能带带图图第第8页页/共共21页页四四.能带的分类能带的分类1.禁带与允带禁带与允带2.满带与空带满带与空带(1)电子已排满的能带电子已排满的能带无电子填充的能带无电子填充的能带空带空带:(2)内层电子的能带内层电子的能带满带满带:不参与导电不参与导电第第9页页/共共21页页3.导带与价带导带与价带价带价带:(1)价电子填充的能带价电子填充的能带价带电子参与导电价带电子参与导电导带导带:电子参与导电的能带电子参与导电的能带(2)最高的充有电子的能带最高的充有电子的能带第第10页页/共共21页页五五.能带中电子的分布能带中电子的分布(填充填充)1.两基本原理两基本原理泡利不相容原理泡利不相容原理能量最低原理能量最低原理第第11页页/共共21页页2.支支(分分)能带能带(1)能带命名能带命名(n,l)(2)支能带支能带(3)能带填充电子能带填充电子l一定一定,由由m决定的能带决定的能带个支能带个支能带个支能带个支能带个支能带个支能带,每个支能带可填充电子数：每个支能带可填充电子数：一定一定,可填充可填充 电子。电子。如如4s能带能带,4p能带能带设晶体原子数设晶体原子数能带填充能带填充 电子。电子。例例:固体中固体中3p3p能带有能带有()()支能带支能带,每个支能带可容每个支能带可容纳纳()()个电子。（个电子。（N N个原子组成的固体）个原子组成的固体）第第12页页/共共21页页一定一定,共共个支能带个支能带,可填充电子数目可填充电子数目第第13页页/共共21页页金刚石的能带结构金刚石的能带结构 C C原子结合成晶体：原子结合成晶体：当原子相距很远时当原子相距很远时当原子靠近时当原子靠近时2S2S和和2P2P态相混合，称态相混合，称SPSP轨道杂化轨道杂化。原子孤立能级；原子孤立能级；无作用无作用能级分裂成能带能级分裂成能带作用作用2S、2P能带交叠能带交叠 间距继续减小间距继续减小第第14页页/共共21页页六六.导体、绝缘体、半导体导体、绝缘体、半导体第第15页页/共共21页页1.导体能带特点导体能带特点(1)价带未填满电子价带未填满电子(Na)(2)价带与空带重叠价带与空带重叠(Mg)价带价带导带导带导体的能带导体的能带导带导带满带满带第第16页页/共共21页页2.绝缘体能带特点绝缘体能带特点(1)价带是满带价带是满带(2)禁带较宽禁带较宽 Eg=36eV绝缘体的能带绝缘体的能带满带满带空带空带 Eg3.半导体能带特点半导体能带特点半导体的能带半导体的能带 Eg满带满带导带导带第第17页页/共共21页页按导电性能高低可分为按导电性能高低可分为导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体绝缘体与半导体的击穿绝缘体与半导体的击穿绝缘体绝缘体半导体半导体导体导体第第18页页/共共21页页超导体超导体 零电阻零电阻 完全抗磁性完全抗磁性 第第19页页/共共21页页超导磁悬浮超导磁悬浮列车列车利用超导利用超导材料的材料的抗磁性抗磁性，将超导材料放在一块，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，体，磁体和超导体之间会产生排斥力磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬使超导体悬浮在磁体上方。浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。超导磁悬浮列车。悬浮系统悬浮系统 推进系统推进系统 导向系统导向系统 第第20页页/共共21页页悬浮系统悬浮系统 推进系统推进系统 导向系统导向系统 第第21页页/共共21页页