介绍下半导体的能带理论

半导体能带理论 分析半导体能带理论，必须从能级，能带，禁带，价带，导带开始。因此分析如下： 能级（Enegy Level）：在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。每个壳层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级分布。为简明起见，在表示能量高低的图上，用一条条高低不同的水平线表示电子的能级，此图称为电子能级图。能带（Enegy Band）：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，以硅为例，每立方厘米的体积内有5×1022个原子，原子之间的最短距离为0.235nm。致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，这种现象称为电子的共有化。从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。 禁带（Forbidden Band）：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。原子壳层中的内层允许带总是被电子先占满，然后再占据能量更高的外面一层的允许带。被电子占满的允许带称为满带，每一个能级上都没有电子的能带称为空带。 价带（Valence Band）：原子中最外层的电子称为价电子，与价电带。 导带（Conduction Band）：价带以上能量最低的允许带称为导带。 导带的底能级表示为Ec，价带的顶能级表示为Ev，Ec与Ev之间的能量间隔称为禁带Eg。 半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电流）来实现的，这种电流的载体称为载流子。半导体中的载流子是带负电的电子和带正电的空穴。对于不同的材料，禁带宽度不同，导带中电子的数目也不同，从而有不同的导电性。例如，绝缘材料SiO2的Eg约为5.2eV，导带中电子极少，所以导电性不好，电阻率大于1012Ω·cm。半导体Si的Eg约为1.1eV，导带中有一定数目的电子，从而有一定的导电性，电阻率为10-3—1012Ω·cm。金属的导带与价带有一定程度的重合，Eg=0，价电子可以在金属中自由运动，所以导电性好，电阻率为10-6—10-3Ω·cm。

首先是半导体是指室温下电导率介于导体和绝缘体之间的材料。半导体是指具有可控导电性的材料，范围从绝缘体到导体。从科学技术和经济发展的角度来看，半导体影响着人们的日常工作和生活，直到20世纪30年代，这种材料才得到学术界的认可。常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。硅是最有影响力的半导体材料之一。

其次是具有光伏的作用。半导体材料的光伏效应是太阳能电池工作的基本原理。目前，半导体材料的光伏应用已成为热点，是全球增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要材料是半导体材料，判断太阳能电池好坏的主要标准是光电转换率。光电转换率越高，太阳能电池的工作效率就越高。根据所用半导体材料的不同，太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池和III-V族化合物电池。

再者是原理是接通电源后，发射结正向连接。在正向电场的作用下，发射区多数载流子(电子)的扩散运动加强。因此，发射区的电子在外电场的作用下很容易越过发射结进入基区，形成电子流IEN(注意电流的方向与电子运动的方向相反)。当然，基区的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下流向发射区，形成空穴电流IEP。然而，由于基区中的低杂质浓度，与来自发射区的电子流相比，

要知道的是在半导体的pn结上施加直流电压，P型区的空穴向N型区移动，N型区的电子向P型区移动。当电子和空穴在pn结界面附近结合时，将发射具有对应于半导体带隙的能量的光。使用带隙大的半导体可以获得高能光，比如可见光；低能光，如红外光，可以通过使用现代宽度小的半导体获得。

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