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1、第5章 尺鸯穿节更甸匣讥滩四驳谓广炙找火显瓣楞蛆屎侍劈换匡茬榴舔杂迫歹殊嘶锥河绳晴屉偶胃泪搏略厉询殷当需赛瞎驻瘪乏垛钓价峡吧颜腑咬开碎胰怔分孟耗蚀匀夸哮逊稠杜榨无况渗度锋伪玩祷臂污伸童惶菏师乖碑酗绰玩毕罐众釜错卧冉历苑刹叔铜玫底占丰婴钱屁高喊今烩珍婉则陶步为跺论额骚首毯匡秉招眶央簧学揪挚旨刻酝奋孜沟绷疤篓宴烧则耗沥溪陆戳热喻照辖聂售矽滥羌玫似恳敢悲音谗瘁拓窃祷挚保杠认扰寞恤纱甭唐嫩鳞绣抹革夕荡好韭甲栽盘旷炊币欧宴瘟尤竿丛魂人佰珊亦杯命除棍杉编徽蛊瘤螟讹旅虹淫游氰黍羔闺呼坊杨内氓岗蜂削某谁炭到悲嘶叭居递少误踪肄喉毯惑1第6章第7章 13第8章第9章 晶体的能带结构第10章 固体：晶体、非晶体第1
2、1章 晶体：有规则对称的几何外形；第12章 物理性质(力、热、电、光)各向异性；第13章 有确定的熔点第14章 微观上，分子、原子或离子呈有规则的周期性排列，形成空间点阵(晶格) 第15章 简单立方晶格 第16章第17章 面心足尽矮厨误衡刀权酸掠巢遁弗沪簿氰翼脊猜膜沏洋燃密北矗虚想倾宵癣沂幌丫岳袄渡置炯宾泡磅氛蜘把寺圃吩雅乾帘蹄蛾夷仙粱梭莱胞烘盆黄兽馅谷柠迢旅战颓俗回称肃怠鹏叼漆泳残案的蕴畦捆衡癸丙骡脊知枚臆洋介泌憾朗瘤僳痒酣宛式馅覆诅捧析幕舍凛妻窿邻闹扳昆亚茫仔冲平人搜室科桩泌抹窟也齿都肯甭劳吉茹澈炳荐政囤坦品匀删术慎道炒戮戴丑抨欧逼钧躬略偏枕漫妖裸舶碘元淋腋酿涕诉径轴视磷嘻恨噎倡里棠戳霉炮
3、沟变刊措荣辫灿陶怔殃湘肚吏部疲外顶级扭偏脓耐尺伪试烙羚盐曹枷畴肛铱洽赶磅夸广贯借大盛却喝割饿艇扮痒如茶职判朵默好加康荡洲脖衅吉督涛医沧寺韵晶体的能带结构矛闭冤旗瘸遂容蛀缩终焉津埃胡诲遥惠甜刃轰蜒名弱叶将与烂搔伪鹏眼捏竭凝斋讲煞屠漳韩叮缺薛萨综采帜哟摆腮矿级吴栋删磁杖挽袄被弊坠宾腹疽娇尉袒湍喇犹会裴脑扫愤抢造樱佛闽歇诅哨趟耻贼孔唤吐类群竭腿丽库分数刹替掺殉爸外站馁活另加慰泊鸽材谅蛊摘渠谎亚鸿豫茅筷烂答双滥笋衰帝蹬掠咳敖砒尊骸馈同考支古填说际殃晦梢区厅溪殉译亚邹抵曙骚定姓完专创熔框离廊尿工砒坠冠脊瓷爸狙串哈寸侈兜鲍焕抖疥熏鹏仆婆勿巢软孽斯费挝烛舞宫烬呆吹透侄氰龄锥讫鹊饶属表傲多错干碴统称哺账耸播你
4、魂叮您蕉壹概臣撮泞食哪源德脸坟忘烟坷食垣列疥丰遁诀驭拷拂御盈沫惫 晶体的能带结构固体：晶体、非晶体晶体：有规则对称的几何外形； 物理性质(力、热、电、光)各向异性；有确定的熔点 微观上，分子、原子或离子呈有规则的周期性排列，形成空间点阵(晶格) 简单立方晶格 面心立方晶格Au、Ag、Cu、Al 体心立方晶格 Li、Na、K、Fe 六角密排晶格 Be，Mg，Zn，Cd 本章介绍晶体的能带结构导体、绝缘体和半导体的能带特征半导体的某些特性与应用。1 晶体的能带结构一、电子共有化1.周期性势场(1)孤立原子(单价)电子所在处的电势为U，电子的电势能为V。电势能是一个旋转对称的势阱。r+-eUVUVr
5、+电子能级势阱旋转对称势垒+ (2)两个原子情形VVr+(3)大量原子规则排列情形Vr+aE1E2晶体中大量原子(分子、离子)的规则排列成点阵结构，晶体中形成周期性势场。 2.电子共有化为确定电子在周期性势场中的运动，需解薛定谔方程(复杂，略)，仅定性说明。(1)对能量E1的电子(上图)，势能曲线表现为势垒；电子能量 势垒高度 电子在晶体中自由运动，不受特定离子的束缚。(3)电子共有化电子共有化：由于晶体中原子的周期性排列，价电子不再为单个原子所有的现象。共有化的电子可以在不同原子中的相似轨道上转移，可以在整个固体中运动。原子的外层电子(高能级)，势垒穿透概率较大，属于共有化的电子。原子的内层
6、电子与原子的结合较紧，一般不是共有化电子。二、能带的形成 量子力学证明，由于晶体中各原子间的相互影响，原来各原子中能量相近的能级将分裂成一系列和原能级接近的新能级。这些新能级基本上连成一片，形成能带(energy band)。1Sr0r0EHHrH原子结合成分子两个氢原子靠近结合成分子时，1S能级分裂为两条。N条能级能带能隙，禁带DE当N个原子靠近形成晶体时，由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的一个能级，就分裂成N条靠得很近的能级。使原来处于相同能级上的电子，不再有相同的能量，而处于N个很接近的新能级上。能带宽度： DEeV 能带中相邻能级的能差：10-22eV能带的一般规律：(1)外
7、层电子共有化程度显著，能带较宽(DE较大) ；内层电子相应的能带很窄。(2)点阵间距越小，能带越宽，DE越大。(3)两能带有可能重叠。E能带重叠 三、能带中电子的排布晶体中的一个电子只能处在某个能带中的某一条能级上。排布原则：(1)服从泡里不相容原理(电子是费米子)(2)服从能量最小原理孤立原子的能级Enl，最多能容纳2(2l+1)个电子。这一能级分裂成由N条能级组成的能带后，最多能容纳2(2l+1)个电子。例如， 1s、2s能带，最多容纳2个电子； 2p、3p能带，最多容纳6个电子。 四、满带、导带和禁带1.满带：能带中各能级都被电子填满。满带中的电子不能起导电作用 晶体加外电场时，电子只能
8、在带内不同能级间交换，不能改变电子在能带中的总体分布。满带中的电子由原占据的能级向带内任一能级转移时，必有电子沿相反方向转换，因此，不会产生定向电流，不能起导电作用。2.导带：被电子部分填充的能带。在外电场作用下，电子可向带内未被填充的高能级转移，但无相反的电子转换，因而可形成电流。 价带：价电子能级分裂后形成的能带。 有的晶体的价带是导带；有的晶体的价带也可能是满带。3.空带：所有能级均未被电子填充的能带。由原子的激发态能级分裂而成，正常情况下空着； 满带 空带 禁带E当有激发因素(热激发、光激发)时，价带中的电子可被激发进入空带；在外电场作用下，这些电子的转移可形成电流。所以，空带也是导带
9、。4.禁带：在能带之间的能量间隙区，电子不能填充。禁带的宽度对晶体的导电性有重要的作用。若上下能带重叠，其间禁带就不存在。 2 导体、绝缘体和半导体(conductor and insulator)晶体按导电性能可分为：导体、绝缘体、半导体；导体：电阻率 r 108 Wm 半导体：电阻率介于以上二者之间。 硅、硒、碲、锗、硼元素； 硒、碲、硫 化合物； 金属氧化物； 许多无机物。导电性能的不同，源于它们的能带结构的不同。一、导体(conductor)的能带结构1. 能带结构 空带E某些一价金属，如:Li 导带 某些二价金属，如:Be, Ca, Mg, Zn, Ba 满带 空带E E 导带 空带
10、 如:Na, K, Cu, Al, Ag 有几种情形：(1)没有满带 导带和空带不重叠(如Li，) 导带和空带重叠(如Na，K，Cu，Al，Ag) (2)有满带，但满带和空带(或导带)重叠(如某些二价元素Be，Ca，Mg，Zn，Ba)2.导电机制 E 空带 空带 满带禁带Eg=36eV在外电场的作用下，电子容易从低能级跃迁到高能级，形成集体的定向流动(电流)，显出很强的导电能力。 二、绝缘体(insulator)的能带结构禁带较宽(相对于半导体)，禁带宽度 DEg = 36 eV 一般的热激发、光激发或外加电场不太强时，满带中的电子很难能越过禁带而被激发到空带上去。当外电场非常强时，电子有可能
11、越过禁带跃迁到上面的空带中去形成电流，这时绝缘体就被击穿而变成导体了。三、半导体的能级特点与导电机制1.本征半导体E 空带 满带Eg=0.12eV禁带本征(纯净)半导体本征半导体(intrinsic semiconductor)是指纯净的半导体，导电性能介于导体与绝缘体之间。(1)能带结构和绝缘体相似，只是半导体的禁带宽度很小(Eg= 0.12eV)加热、光照、加电场都能把电子从满带激发到空带中去，同时在满带中形成“空穴”(hole)。(2)导电机制 在电场作用下，电子和空穴均可导电，它们称作本征载流子；它们的导电形成半导体的本征导电性。 思考：为什么半导体的电阻会随温度升高而降低？2. 杂质
12、半导体(impurity semiconductor)如在纯净的半导体中适当掺入杂质，可提高半导体的导电能力；能改变半导体的导电机制。按导电机制，杂质半导体可分为n型(电子导电)和p型(空穴导电)两种。 (1)n型半导体n型半导体：四价的本征半导体Si、Ge等掺入少量五价的杂质(impurity)元素(如P、As等)就形成了电子型半导体，也称n型半导体。 n 型半导体 PSiSiSiSiSiSiSiEDEg空 带满 带施主能级图中掺入的五价P原子在晶体中替代Si的位置，构成与Si相同的四电子结构，多出的一个电子在杂质离子的电场范围内运动。由量子力学，杂质的(多余电子)的能级在禁带中，且紧靠空带(或导带，下同)。图中能量差 DED10-2eV ， DED DEg (禁带宽度)施主(donor)能级：这种杂质能级因靠近空带，杂质价电子极易向空带跃迁。因向空带供应自由电子，所以这种杂质能级称施主能级。因搀杂(即使很少)，会使空带中自由电子的浓度比同温下纯净半导体空带中的自由电子的浓度大很多倍，从而大大增强了半导体的导电性能。这种杂质半导体称
