《导带、价带、禁带、费米能级》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导带、价带、禁带、费米能级（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、（ 1） 导带 conduction band：导 带 是 由 自 由 电 子 形 成 的 能 量 空 间 。 即 固 体 结 构 内 自 由 运 动 的 电 子 所 具有 的 能 量 范 围 。 对 于 金 属 ， 所 有 价 电 子 所 处 的 能 带 就 是 导 带 。 对 于 半 导 体 ， 所 有 价 电 子 所 处 的 能 带 是 所 谓 价 带 ， 比 价 带 能 量 更 高 的 能带 是 导 带 。 在 绝 对 零 度 温 度 下 ， 半 导 体 的 价 带 (valence band)是 满 带 (见能 带 理 论 )， 受 到 光 电 注 入 或 热 激 发 后 ， 价 带
2、 中 的 部 分 电 子 会 越 过 禁 带(forbidden band/band gap)进 入 能 量 较 高 的 空 带 ， 空 带 中 存 在 电 子 后 即 成为 导 电 的 能 带 导 带 。势 能 动 能 ： 导 带 底 是 导 带 的 最 低 能 级 ， 可 看 成 是 电 子 的 势 能 ， 通 常 ，电 子 就 处 于 导 带 底 附 近 ； 离 开 导 带 底 的 能 量 高 度 ， 则 可 看 成 是 电 子 的 动 能 。当 有 外 场 作 用 到 半 导 体 两 端 时 ， 电 子 的 势 能 即 发 生 变 化 ， 从 而 在 能 带 图 上 就表 现 出 导
3、带 底 发 生 倾 斜 ； 反 过 来 ， 凡 是 能 带 发 生 倾 斜 的 区 域 ， 就 必 然 存 在 电场 （ 外 电 场 或 者 内 建 电 场 ） 。 （ 2） 价带与禁带：价带（valence band）或称价电带，通常是指半导体或绝缘体中，在 0K时能被电子占满的最高能带。对半导体而言，此能带中的能级基本上是连续的。全充满的能带中的电子不能在固体中自由运动。但若该电子受到光照，它可吸收足够能量而跳入下一个容许的最高能区，从而使价带变成部分充填，此时价带中留下的电子可在固体中自由运动。禁带，英文名为：Forbidden Band 常用来表示价带和导带之间的能态密度为零的能量区间
4、。禁带宽度的大小决定了材料是具有半导体性质还是具有绝缘体性质。半导体的禁带宽度较小，当温度升高时，电子可以被激发传到导带，从而使材料具有导电性。绝缘体的禁带宽度很大，即使在较高的温度下，仍是电的不良导体。无 机 半 导 体 的 禁 带 宽 度 从 0.1 2.0eV， - 共 轭 聚 合 物 的 能 带隙 大 致 在 1.4 4.2eV,绝 缘 体 的 禁 带 宽 度 大 于 4.5eV。（ 3） 导 带 与 价 带 的 关 系 ：“电 子 浓 度 =空 穴 浓 度 ”， 这 实 际 上 就 是 本 征 半 导 体 的 特 征 ， 因 此 可 以 说 ，凡 是 两 种 载 流 子 浓 度 相
5、等 的 半 导 体 ， 就 是 本 征 半 导 体 。注 意 ： 不 仅 未 掺 杂 的 半 导 体 是 本 征 半 导 体 ， 就 是 掺 杂 的 半 导 体 ， 在 一 定 条 件下 （ 例 如 高 温 下 ） 也 可 以 转 变 为 本 征 半 导 体 。 空 穴 ， 载 流 子 ： 价 带 中 的 许 多 电 子 （ 价 电 子 ） 并 不 能 导 电 ， 而 少 量 的 价 电 子空 位 空 穴 才 能 导 电 ， 故 称 空 穴 是 载 流 子 。 空 穴 的 最 低 能 量 势 能 ，也 就 是 价 带 顶 ， 通 常 空 穴 就 处 于 价 带 顶 附 近 。 禁 带 宽 度
6、： 价 带 顶 与 导 带 底 之 间 的 能 量 差 ， 就 是 所 谓 半 导 体 的 禁 带 宽 度 。这 就 是 产 生 本 征 激 发 所 需 要 的 最 小 平 均 能 量 。 施 主 与 受 主 ： 对 于 掺 杂 半 导 体 ， 电 子 和 空 穴 大 多 数 是 由 杂 质 来 提 供 的 。 能 够提 供 电 子 的 杂 质 称 为 施 主 ； 能 够 提 供 空 穴 的 杂 质 称 为 受 主 。 施 主 的 能 级 处在 靠 近 导 带 底 的 禁 带 中 ； 受 主 的 能 级 处 在 靠 近 价 带 顶 的 禁 带 中 。 实际上未掺杂半导体的费米能级在价带和导带的
7、中央附近。n 型半导体的费米能级在导带底附近，而p 型在价带顶附近。（4）能隙：能 隙 （ Bandgap energy gap） 或 译 作 能 带 隙 ， 在 固 态 物 理 学 中 泛 指 半 导 体或 是 绝 缘 体 的 价 带 （ valence band） 顶 端 至 传 导 带 （ conduction band） 底端 的 能 量 差 距 。 费米能：根据量子力学理论，具有半奇数自旋量子数（通常为 1/2）的费米子，如电子，遵循泡利不相容原理，即一个量子态只能被一个粒子所占据。因此，费米子在能级中的分布遵循费米-狄拉克分布。一个由无相互作用的费米子组成的系统的基态模型可按照如下
8、的方法构造：从无粒子系统开始，将粒子逐个填入现有而未被占据的最低能量的量子态，直到所有粒子全部填完。此时，系统的费米能就是最高占据分子轨道的能量。费米面：金属中的自由电子满足泡利不相容原理，其在单粒子能级上分布几率遵循费米统计分布 f(E) = 1 / (1 + expE Ef / KbT)（其中 Ef 表示费米能级，Kb 表示玻尔兹曼常数，T 表示温度）当 T=0K 时，f(E)= 1。表示在绝对零度下，电子将占据 EEf 的全部能级，而大于 Ef 的能级将全部空着，自由电子的能量表示为 E（k）=/2m,它在 空间的等能面是一球面，将 E=Ef 等能面称为费米面。注意：半导体中费米能级和金属费米能级是不同的，金属费米能级就是 0K 下电子占据的最高能级。半导体中所谓费米能级实际上是电子系统的化学势，是由热力学统计物理中推导的一个量，所以说如果从金属费米能级角度理解的就错了。
