固体分为晶体和非晶体两大类本节主要介绍晶体的能带结构 晶体宏观上具有对称的几何外形微观上原子或离子呈现在空间有规则的周期性的排列.ppt

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1、上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出固体分为晶体和非晶体两大类。本节主要介绍晶体的能带结构。晶体宏观上具有对称的几何外形，微观上原子或离子呈现在空间有规则的周期性的排列。Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出两个原子两个原子晶体中周期性势场晶体中周期性势场单个原子单个原子 价电子不再为单价电子不再为单个原子所有个原子所有,而为整个而为整个晶体

2、所共有的现象称为晶体所共有的现象称为电子共有化。电子共有化。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 量子力学计算表明，固体中若有量子力学计算表明，固体中若有N个原子，由个原子，由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的每于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的每一个能级一个能级,变成了变成了N条靠得很近的能级，称为条靠得很近的能级，称为能带。能带。二、能带的形成二、能带的形成氢原子的能级分裂氢原子的能级分裂原子中原子中的能级的能级晶体中的能带晶体中的能带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 若若N=1010232

3、3，则能则能带中两能级的间距约带中两能级的间距约1010-23-23eVeV。（1 1）越是外层电子，能带越宽，）越是外层电子，能带越宽，E越大。越大。（2 2）点阵间距越小，能带越宽，）点阵间距越小，能带越宽，E越大。越大。（3 3）两个能带有可能重叠。）两个能带有可能重叠。一般规律：一般规律：上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 固体中的一个电子只能处在某个能带中的固体中的一个电子只能处在某个能带中的某一能级上。某一能级上。电子的填充原则：电子的填充原则：（）服从泡利不相容原

4、理（）服从泡利不相容原理 （）服从能量最小原理（）服从能量最小原理 设孤立原子的一个能级设孤立原子的一个能级 Enl，它最多能容它最多能容纳纳2(2l+1)个电子个电子。这一能级分裂成由这一能级分裂成由N条能级组成的能带后，条能级组成的能带后，能带最多能容纳能带最多能容纳2N(2l+1)个电子。个电子。三、满带、导带和禁带三、满带、导带和禁带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 电子排布时，应从最低的能级排起。电子排布时，应从最低的能级排起。2p、3p能带，最多容纳能带，最多容纳6N个电子个电子。例如例如，1s、2s能带，最多容纳能带，最多容纳2N个电子

5、个电子。价带价带空带空带禁带禁带满带满带导带导带几个有关能带的名称：几个有关能带的名称：排满电子的能带排满电子的能带价电子能级分离后形成的能带价电子能级分离后形成的能带未排电子的能带，空带也是导带未排电子的能带，空带也是导带不能排电子的区域不能排电子的区域未排满电子的价带未排满电子的价带禁带禁带禁带禁带空带空带 价带价带满带满带导带导带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 它们的导电性能不同，是因为它们的能它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。带结构不同。固体按导电性能的高低可以分为固体按导电性能的高低可以分为导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体四、

6、导体、半导体和绝缘体四、导体、半导体和绝缘体上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 从能级图上来看，是因为从能级图上来看，是因为满带与空带之间有一个满带与空带之间有一个较宽的禁较宽的禁带（带（Eg约约36 eV），共有化共有化电子很难从低能级（满带）跃迁电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。到高能级（空带）上去。在外电场的作用下，共有化电子很难接在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。受外电场的能量，所以形不成电流。绝缘体绝缘体绝缘体的能带绝缘体的能带满带满带空带空带 Eg上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页

7、 下页下页 返回返回 退出退出 在外电场的作用下，大量共有化电子在外电场的作用下，大量共有化电子很很 易获得能量，集体定向流动形成电流。易获得能量，集体定向流动形成电流。从能级图上来看，是因为其共有化电从能级图上来看，是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级上去。子很易从低能级跃迁到高能级上去。导体导体导带导带满带满带价带价带导带导带导体的能带导体的能带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出半导体的能带结构与绝缘体的能带半导体的能带结构与绝缘体的能带结构类似结构类似,但是禁带很窄但是禁带很窄（Eg约约0.12 eV)。半导体半导体半导体的能带半导体的能带

8、 Eg满带满带导带导带上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出绝缘体绝缘体绝缘体与半导体的击穿绝缘体与半导体的击穿 当外电场非常强时，绝缘体与半导体的共有当外电场非常强时，绝缘体与半导体的共有化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中。通化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中。通常称为半导体与绝缘体被击穿。常称为半导体与绝缘体被击穿。半导体半导体导体导体上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出选择进入下一节选择进入下一节14-0 14-0 教学基本要求教学基本要求14-1 14-1 激光激光14-2 14-2 固体的能带结构固体的能带结构14-3 14-3 半导体半导体14-4 14-4 超导体超导体14-5 14-5 团簇和纳米材料团簇和纳米材料