能带理论PPT文档格式.ppt

1、级越来越密，这些能级之间的差值也越来越小。多原子的多原子的MO和能带的形成和能带的形成 对于对于1mol锂原子晶体，其原子轨道数目为锂原子晶体，其原子轨道数目为N0（6.021023个）个）,形成的分子形成的分子轨道数目也有轨道数目也有N0个个,其中其中N0/2个是成键的，个是成键的，N0/2个是反键的。这些个是反键的。这些MO之间的之间的能量差十分小，大约只有能量差十分小，大约只有1/40ev。也就是说，原来属于一个个锂原子分立的也就是说，原来属于一个个锂原子分立的电子现在成为共有化的电子；原来一个个属于个个原子的能级，现在几乎成电子现在成为共有化的电子；原来一个个属于个个原子的能级，现在几

2、乎成了能量连续的一个能级带。我们称其为能带（了能量连续的一个能级带。我们称其为能带（Band 或或Zone）。）。这时同样一半这时同样一半的的MO（N0/2）填充电子，另一半的填充电子，另一半的MO（N0/2）是空的，见图是空的，见图1-8-3（c）。当当原原子子紧紧密密堆堆积积结结合合成成晶晶体体时时,能能量量相相近近的的各各能能级级的的原原子子轨轨道道发发生生重重叠叠,但但只只有有最最外外层层的的原原子子轨轨道道重重叠叠的的程程度度最最大大,电电子子共共有有化化特特征征最最显显著著,形成的能带较宽；形成的能带较宽；内内层层电电子子的的原原子子轨轨道道相相互互重重叠叠程程度度较较小小，与与单

3、单个个原原子子中中的的能能级级差差不不多多。因因此此可可以以认认为为晶晶体体中中的的电电子子兼兼有有原原子子轨轨道道的的运运动动和和共共有有化化轨轨道道的运动的状态；的运动的状态；原原子子内内层层能能级级上上一一般般都都填填满满了了电电子子，当当这这些些能能级级转转变变为为能能带带中中的的共共有有化化状状态态时时，能能级级状状态态的的总总数数并并未未改改变变，所所形形成成的的能能带带也也是是填填满满电电子的；子的；原原子子外外层层的的能能级级原原来来可可能能填填满满电电子子，也也可可能能未未填填满满电电子子。因因而而它它们们转转变变为为共共有有化化的的能能带带时时，可可以以形形成成满满带带（全

4、全部部填填满满电电子子），也也可可以以是半满带（部分填满电子）。是半满带（部分填满电子）。综上所述综上所述,可以建立如下的的能带概念可以建立如下的的能带概念:能能带带：在在允允许许电电子子存存在在的的一一定定能能量量范范围围内内准准连连续续分分布布的的电电子子能能级；级；能能隙隙：各各能能带带之之间间存存在在的的间间隔隔，不不允允许许电电子子存存在在，故故也也称称作作禁带，其宽度用符号禁带，其宽度用符号E Eg g表示；表示；满带：一个能带的全部能级都被电子占据满带：一个能带的全部能级都被电子占据;空带：与满带相反，整个能带的能级都未填电子；价带：相应价电子填充的能带称作价带；导导带带：近近毗

5、毗邻邻价价带带之之上上的的空空带带，可可以以接接受受从从价价带带跃跃迁迁的的电电子子，起到导电作用，故称其为导带。起到导电作用，故称其为导带。2能带的有关概念能带的有关概念考考虑虑如如图图 所所示示的的一一种种固固体体，它它有有许许多多电电子子能能带带，其其间间有有一一定定的的禁禁带带，固固体体中中的的电电子子占占用用最最低低的的能能级级，普普通通的的电电场场不不能能提提供供电电子子越越过过禁禁带带到到达达导导带带所所需需的的能能量量，在在这这种种情情况况下下就就没没有有导导电电性性，这这种种材材料称为绝缘体。料称为绝缘体。有满带和空带，其间有禁带相隔，有满带和空带，其间有禁带相隔，E Eg

6、g3.0ev3.0ev1.8.2 1.8.2 绝缘体绝缘体4）过渡金属导体 3）碱土金属导体 2）贵金属导体 1）碱金属导体 1.8.3 导体1.8.4 载流子和费米能级载流子载流子:导带中的电子和价带中的空穴具有相反的电荷，在电场的导带中的电子和价带中的空穴具有相反的电荷，在电场的作用上沿着相反的方向运动，它们都能导电。作用上沿着相反的方向运动，它们都能导电。费米能：固固体体中中电电子子的的能能量量分分要要用用费费米米-狄狄拉拉克克量量子子统统计计来来描描述述。能能量量在在E到到E+dE之间的电子数为：之间的电子数为：N（E）dE=S（E）f（E）dES（E）:S（E）:状态密度，即量子状态

7、数目状态密度，即量子状态数目 f（E）:f（E）:费米分布函数，它给出了能量为费米分布函数，它给出了能量为E E的电子态上电子占据的几率的电子态上电子占据的几率。讨论：（1 1）当当 T=0T=0时时，如如 EEEE Ef f，f（E）=0f（E）=0。也也就就是是说说，在在绝绝对对零零度度时时，凡凡能能量量小小于于费费米米能能级级的的所所有有能能态态，全全部部为为电电子子占占据据。E Ef f为为电电子子所所占占据据能能级级的的最最高高能能量量水水平平。超超过过E Ef f的的各各能能级级全全部部空空着着，没没有有电子占据。电子占据。（2 2）当）当T0T0时，如时，如E=E=E Ef f，

8、f（E）=1/2f（E）=1/2；如如EEE Ef f，1/2f（E）11/2f（E）EE Ef f，0f（E）1/20f（E）n nh h,Ec-Ef Ef-Ev为于禁带上部为于禁带上部对于对于p p型半导体型半导体n ne e Ef-Ev为于禁带下部为于禁带下部 化化学学计计量量化化合合物物通通常常指指的的是是金金属属间间化化合合物物，如如GaAsGaAs、GaSbGaSb、InSbInSb、GaPGaP、CdTeCdTe等等。这这些些金金属属间间化化合合物物的的晶晶体体结结构构和和能能带带结结构构都都与与硅硅和和锗锗相相似似。如如三三价价镓镓和和五五价价砷砷形形成成GaAsGaAs，每每

9、个个原原子子平平均均为为4 4价价，镓镓的的4 4s s2 24p4p1 1和和砷砷的的4 4s s2 24p4p3 3能能带带相相互互作作用用杂杂化化成成两两个个能能带带，每每个个能能带带能能容容纳纳4 4n n个个电电子子，价价带带和和导导带带之之间间有有较较大大的的能能隙隙EgEg=1.35eV.=1.35eV.GaAsGaAs可可通通过过引引入入杂杂质质形形成成P P型型半半导导体体或或n n型型半半导导体体。由由于于能能隙隙较较大大，可可产产生生宽宽的的平平台台温温度度范范围围和和大的载流子迁移率，因此有较高的电导率。大的载流子迁移率，因此有较高的电导率。化学计量化合物半导体化合物非

10、化学计量化合物（3）半导体化合物 非非化化学学计计量量化化合合物物:有有一一些些化化合合物物不不符符合合定定比比定定律律，负负离离子与正离子的比例并不是一个简单的固定的比例关系。子与正离子的比例并不是一个简单的固定的比例关系。非化学计量化合物有氧化物和硫化物。（1）阴阴离离子子空空位位型型和和阳阳离离子子填填隙隙型型的的n型型半半导导体体，如如TiO2-x和和ZrO2-x、Zn1+xO和和Cd1+xO。Zn1+xO:结结构构中中有有过过剩剩的的金金属属离离子子进进入入间间隙隙位位置置，它它带带有有两两个个正正电电荷荷，为为了了保保持持电电中中性性，等等价价的的电电子子被被束束缚缚在在间间隙隙正

11、正离离子子周周围围，而而提提供供了了载载流流子子，这这些些电电子子只只需需要要很很小小的能量的能量Ed就可进入导带。就可进入导带。非非化学比化合物形成的化学比化合物形成的n n型半导体型半导体为什么为什么NaCl在在Na蒸气中得到黄棕色蒸气中得到黄棕色?色心色心:由于电子补偿而引起的一种缺陷。如由于电子补偿而引起的一种缺陷。如负离子空位俘获一个电负离子空位俘获一个电子构成子构成。（2）阳离子空位型和阴离子填隙型的）阳离子空位型和阴离子填隙型的p型半导体，型半导体，如如Fe1-xO、Cu2-xO、Ni1-xO、Co1-xO和和UO2+x。当当在在晶晶格格中中存存在在间间隙隙负负离离子子时时，为为

12、了了保保持持电电中中牲牲，结结构构中中引引入入空空穴穴，相相应应的的正正离离子子升升价价，空空穴穴在在电电场场下下会会运运动动。因因此此，这这种种材材料料是是P P型半导体。型半导体。典型的非化学计量的二元化合物典型的非化学计量的二元化合物小结：小结：1.1.掌握立方晶系中晶向指数和晶面指数的标定。掌握立方晶系中晶向指数和晶面指数的标定。2.2.晶带，晶带定律的应用。晶带，晶带定律的应用。3.3.单质金属的结构特点。单质金属的结构特点。4.4.离子晶体的特点，影响因素，离子晶体的结构规则。离子晶体的特点，影响因素，离子晶体的结构规则。典型无机化合物的结构。5.5.固溶体和中间相及影响因素。固溶体和中间相及影响因素。6.6.非晶态，玻璃的通性和结构特征。非晶态，玻璃的通性和结构特征。7.7.固体能带理论，半导体的电导率，固体能带理论，半导体的电导率，n n型半导体和型半导体和p p型半型半导体。导体。