半导体满带和空带间隔

Eg是两个能带之间的带隙宽度，即禁带宽度。

固体按导电能力的大小可以分为金属、半导体和绝缘体

固体中能带被电子填充情况只能有三种：1、空带，即能带中的电子态是空的，没有电子占据；2、满带，即能带中的电子态是满的，完全被电子占据，不存在没有电子的空状态；3、不满带，即能带被电子部分填充。

能带理论指出，如果一个晶体具有不满的能带存在，则该晶体具有导电性，当然在热平衡状态下除外。

下图为金属，半导体和绝缘体三种固体的电子填充能带情况的示意图；在金属中，被电子填充的最高能带是不满的，而且能带中电子密度很高，所有金属有着良好的导电性；对于绝缘体和半导体，在绝对零度（T=0K）时，被电子占据的最高能带是满的，称为满带，该满带上面领近能带是空的，称为空带。满带和空带之间被禁带分开，由于没有不满的能带存在，所有它们不能导电。绝缘体的禁带宽度很宽，即使在温度升高时，电子也很难从满带激发到空带中去，所以绝缘体不导电。

PN结:采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结（英语：PN junction）。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性

以下内容转自知乎。

作者：acalephs

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来源：知乎

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让我们从最基本的开始……以下如果没有特别说明主角都是电子。

首先从量子力学的基本假设——不连续性可以推出原子外电子的在条件一定的情况下只能取到某些特定的能量，这就是能级：

&ampltimg src="https://pic1.zhimg.com/50/9d4af36a610edc44b3ea9e5d73c4a514_hd.jpg" data-rawwidth="230" data-rawheight="216" class="content_image" width="230"&ampgt（大家好，我是氢原子的电子能级）

当体系中有很多个原子的时候，由于原子间的相互作用，原子的能级会发生移动。原本相同的一条能级变成了一组差别很小的能级，这就是能带，也就是允带。由于能带内不同能级的能量差别非常小，所以很多时候在能带内可以忽略间隔，认为能量是连续的。

&ampltimg src="https://pic2.zhimg.com/50/266f0bd87745c9b8708a28109558c5c1_hd.jpg" data-rawwidth="388" data-rawheight="300" class="content_image" width="388"&ampgt（在微扰影响下，左侧的能级扩展成了右侧的能带）

由于能带是由能级扩展而来，能带和能级一样，相互之间存在没有能级的间隔，这个间隔就是禁带，电子无法取到禁带中的能量。

当原子处于基态的时候，它的所有电子从最低能级开始依次向上填充。对于半导体，电子刚好填充到某一个能带满了，下一个能带全空。这些被填满的能带称为满带，满带中能量最高的一条称为价带。

由于电流的产生需要载流子发生定向运动，而价带中电子已经占据了所有可能的能级，绝大多数电子相邻位置上的态都已经被占据了，无法移动，所以价带中的电子可以认为是不导电的。

对于半导体，能量最高的一个价带，到能量更高的下一个能带之间有一个禁带，但是这个禁带的宽度（能量）不是很大，所以有一些电子有机会跃迁到下一个能带。由于这个能带几乎是空的，所以电子们跃迁到这个能带之后就可以自由地奔跑，这个能带就是导带。

（另外对于绝缘体，这个禁带宽度太大，基本上不可能有电子跃迁过去。对于金属，根本没有禁带，导带和价带直接重合了，既然最高的能带本身就不满那不需要跃迁就可以导电了。）

gt需要注意的是以上的能带图、导带、价带的说法都是以电子为基准的（能级越高电子能量越大），如果是针对空穴，就是在导带中不导电（导带中全是空穴……），在价带中能导电。所以我们把（半导体内），导带中的电子和价带内的空穴合称载流子。

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