资源描述：
《第18章 能带(4学时).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、固体的能带结构(energybandofsolid)(4)第18章本章内容提要固体的能带结构半导体的导电机构1§18.1晶体的结合类型一.晶体理想晶体中的粒子(原子、分子或原子集团)在空间的排布上是长程有序的；它们在空间有规则地作周期性的分布,构成空间点阵。按结合力的性质，晶体分为四类：离子晶体、共价晶体、分子晶体、金属晶体。二.非晶体非晶态中的中分子排列在小范围的空间内是短程有序的；但与理想晶体相比，在次近邻原子间的关系上就可能有显著差别。固体材料分成晶体和非晶体两大类。2三.晶体和非晶体的区
2、别(1)晶体有一定对称性的规则外形,非晶体则没有。(2)晶体的物理性质是各向异性的，而非晶体是各向同性的。(3)晶体有一定的熔点，非晶体则没有。(4)晶体在外力的作用下，容易沿着一定的平面(解理面)裂开，而非晶体没有解理面。3四.晶体中电子的波函数由于晶体中原子紧紧靠在一起，原子上的外层电子都受到邻近原子的作用。原子的价电子都不同程度地共有化了。若要研究晶体中电子的运动,原则上说，应当去解多原子、多电子系统的薛定谔方程。在单电子近似下，可以认为点阵离子不动，一个电子在周期性势场中运动，由薛定谔方程求
3、解电子的波函数和能量。然而这是一个复杂得不能严格求解的问题,只能用近似方法。4§18.2晶体中电子的能带一.电子的共有化晶体中原子排列的很紧密，因而各相邻原子的波函数(或者说外电子壳层)将发生重叠。因此，各相邻原子的外层电子，很难说是属于那个原子，而实际上是处于为各邻近原子乃至整个晶体所共有的状态。这种现象称为电子的共有化。5设有N个原子结合成晶体，原来单个原子时处于1s能级的2N个电子现在属于整个原子系统(晶体)所共有，根据泡利不相容原理，不能有两个或两个以上电子具有完全相同的量子态(n,l,ml
4、,ms),因而就不能再占有一个能级，而是分裂为2N个微有不同的能级。由于N是一个很大的数，这些能级相距很近，看起来几乎是连续的，从而形成一条有一定宽度E的能带。1s1s能带能带的形成二.能带的形成67填满电子的能带称为满带。未填满电子的能带称为导带。没有电子填充的能带称为空带。显然空带也属导带。由价电子能级分裂而成的能带称为价带。在能带之间没有可能的量子态的能量区域叫禁带。三.能带的分类8导带中的能级未被占满，一个电子在外力作用下向其它能级转移时，不一定有相反方向的转移来抵消，所以导带具有导电作用
5、。由于满带中所有能级都被电子占满，因此一个电子在外力作用下向其它能级转移时，必然伴随着相反方向的转移来抵消，所以满带是不导电的。四.电子在能带中的填充和运动9一.导体的能带满带导带(不空)禁带E满带空带E满带导带(不空)E空带导体的能带特点：都具有一个未被电子填满的能带。§18.3导体半导体绝缘体的能带10二.半导体和绝缘体(电介质)的能带从能带上看，半导体和绝缘体的能带没有本质区别：都具有填满电子的满带和隔离满带与空带的禁带。不同的是，半导体的禁
6、带较窄，而绝缘体的禁带较宽。满带空带禁带(a)半导体的能带E=0.10.2eV满带空带禁带(b)绝缘体的能带E=36eVEE11绝缘体的禁带一般很宽,一般的热激发、光照或外加电场不是特别强时,满带中的电子很少能被激发到空带中去,所以绝缘体有较大的电阻率，导电性极差。半导体的禁带宽度较窄,在通常温度下,有较多的电子受到热激发从满带进入空带,不但进入空带的电子具有导电性能,而且满带中留下的空穴也具有导电性能。所以半导体的导电性虽不及导体但却比绝缘体好得多。满带空带禁带(a)半导体的能带E=0.
7、10.2eVE满带空带禁带(b)绝缘体的能带E=36eVE12§18.4半导体的导电机制一.本征半导体由前可知，半导体禁带宽度较窄,通常温度下，满带的电子可能受激进入空带。进入空带的电子和留在满带中的空穴在外电场作用下都可导电。这种导电称为本征导电。具有本征导电的半导体，称为本征半导体。参与导电的电子和空穴统称本征载流子。二.杂质半导体在纯净的半导体里,可以用扩散的方法掺入少量其他元素的原子(称为杂质),掺有杂质的半导体称为杂质半导体。杂质半导体的导电性能较之本征半导体有很大的改变。13在四价
8、元素(硅或锗)半导体中,掺入少量五价元素磷(P)或砷(As)等杂质,可构成n型半导体,如图所示。SiSiSiSiSiSiSiP(1)n型半导体四价元素中掺入五价元素后,其中四个电子可以和邻近的硅原子或锗原子形成共价键,多余的一个电子成为自由电子。14施主能级与导带底部之间的能量差值很小，通常温度下,施主能级中的电子很容易被激发而跃迁到导带去。大量自由电子的存在大大提高了半导体的导电性能。施主—不断向空带输送电子。容易看出，n型半导体的多数载流子是电子。n型半导体多余的
