介带价带和近代那个带能量越高

介带价带和近代那个带能量越高,第1张

价带导带和禁带中导带能量高。原子中最外层电子称为价电子,这一壳层分裂所成的能带称为价带。比价带能量更高的允许带称为导带;没有电子进入的能带称为空带。一般而言当禁带宽度大于9 eV时,固体基本不能导电。

导带、价带、禁带、允带de 逻辑关系是:

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。)

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。

以下扩展:

为了方便描述电子在能带中的分布,我们引入了费米能级。

费米能级的含义是,当半导体处于绝对零度的时候,费米能级以下的所有能级都被电子填满,费米能级以上所有的能级都是空的。当温度高于绝对零度的时候,可以通过费米能级和温度来计算电子的费米-狄拉克分布。所以费米能级能够完全描述平衡载流子的分布情况。

纯净的半导体(本征半导体)的导电能力是很差的,因为需要很高的温度才能让足够多的载流子跃迁到导带。一般使用半导体的时候都会进行掺杂,通过掺入杂质来引入新的能级。

对于硅来说,掺杂硼可以在禁带中里价带很近的位置上引入一组全空的能级,价带电子可以很容易地跃迁到这个能级上,电子跃迁之后在价带留下的空穴就可以导电了,这就是P型半导体。

掺杂磷,可以在禁带中里导带很近的位置上引入一组全满的能级,这个能级上的电子可以很容易地跃迁到导带上,成为导带电子导电,这就是N型半导体。


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