金屬、半導(dǎo)體和絕緣體能帶結(jié)構(gòu)區(qū)別

1、.金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)區(qū)別本論文從能帶的形成過(guò)程和電流的產(chǎn)生機(jī)理兩方面來(lái)說(shuō)明金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)區(qū)別。1.能帶（ Energy Band）的形成過(guò)程當(dāng)孤立的原子結(jié)合在一起形成固體時(shí)，相鄰的原子之間會(huì)產(chǎn)生各種交互作用，原子之間的排斥力和吸引力最后在一定的原子間距達(dá)到平衡由量子力學(xué)可知，晶體中相同原子孤立存在時(shí)，各自的電子波函數(shù)沒(méi)有相互作用，因而各原子可以有完全相同的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)相同原子相互接近時(shí)，其電子波函數(shù)便開(kāi)始重迭根據(jù)量子力學(xué)的泡利不相容原理，在一個(gè)系統(tǒng)中，不允許有兩個(gè)電子具有相同的量子狀態(tài)，因而孤立原子的能級(jí)必然產(chǎn)生分裂，這些新產(chǎn)生的分裂能級(jí)不再是某個(gè)原于所獨(dú)有，而

2、是屬于原子共有。在固體中，大量原子結(jié)合在一起，相互極為接近的大量分裂能級(jí)最終成為一個(gè)連續(xù)的能帶。量子力學(xué)計(jì)算表明，晶體中若有 N 個(gè)原子，由于各原子間的相互作用，對(duì)應(yīng)于原來(lái)孤立原子的每一個(gè)能級(jí) ,在晶體中就變成了 N 條靠得很近的能級(jí) ,稱為能帶。如圖 1 所示：.圖 1能帶的寬度記作 E ，數(shù)量級(jí)為EeV。若 N1023 則能帶中兩,能級(jí)的間距約 10-23。eV能帶的一般規(guī)律：越是外層電子，能帶越寬，E 越大； 點(diǎn)陣間距越小，能帶越寬，E 越大； 兩個(gè)能帶有可能重疊。如圖 2 所示：圖 2.2.電流產(chǎn)生機(jī)理電流的產(chǎn)生要求電子能夠在電場(chǎng)的作用下加速移動(dòng)至新的能量狀態(tài)，即要求在電子現(xiàn)有能量狀態(tài)

3、附近必須有空能級(jí)。舉例來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)能帶中只有很少幾個(gè)電子，而有大半的能態(tài)是空的，則電子很容易在能帶中由這個(gè)能態(tài)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)能態(tài)，從而發(fā)生電荷的遷移，產(chǎn)生導(dǎo)電行為。對(duì)于金屬、絕緣體和半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，因其導(dǎo)電性不同，所以其能帶結(jié)構(gòu)也不相同。在絕緣體結(jié)構(gòu)中 0K 時(shí)“價(jià)帶 ”已被全部占據(jù)，導(dǎo)帶是全空的，因而價(jià)帶中的電子于無(wú)法進(jìn)行電荷運(yùn)輸，因?yàn)閮r(jià)帶中沒(méi)有空能級(jí)。導(dǎo)帶中雖有空能級(jí)但無(wú)電子，因而也不可能進(jìn)行電荷運(yùn)輸；半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相仿，但其禁帶寬比絕緣體小得多例如 Si 為 1.1eV，而金剛石為 5eV。這一較小的禁帶寬度使價(jià)帶中的電子能較容易地在熱或光的作用下激發(fā)到高能帶即導(dǎo)帶中而起導(dǎo)電作用；金屬的能帶結(jié)構(gòu)又不同，能帶或是重疊，或是半填滿。固而在一個(gè)能帶內(nèi)總是既