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1、117.2 固体能带基础固体能带基础固体：具有确定形状和体积的物体。固体：具有确定形状和体积的物体。固体物理：研究固体内粒子的运动规律，及同固体物理：研究固体内粒子的运动规律，及同 宏观性质的关系。宏观性质的关系。 晶晶 体体 非非 晶晶 体体结结 构：构： 规则排列有对称性规则排列有对称性 无一定规则排无一定规则排列列宏观性质：宏观性质： 多为各向异性多为各向异性 各向同性各向同性熔熔 点：点： 有确定的熔点有确定的熔点 逐渐软化逐渐软化 硅，石英，多种金属硅，石英，多种金属玻璃，松香玻璃，松香晶体的理论比较成熟，本章只讨论晶体。晶体的理论比较成熟，本章只讨论晶体。激光 固体物理217.2
2、固体能带基础固体能带基础面心立方结构面心立方结构在晶体中，原子或离子周期性重复排列，形成晶格，或称在晶体中，原子或离子周期性重复排列，形成晶格，或称为空间点阵。为空间点阵。激光 固体物理317.2 固体能带基础固体能带基础金刚石金刚石体心立方体心立方激光 固体物理417.2 固体能带基础固体能带基础一维晶体点阵形成的势能函数曲线一维晶体点阵形成的势能函数曲线EPr+一、电子共有化一、电子共有化r以钠为例，分析价电子在以钠为例，分析价电子在 Na+ 的电场中的势能特点。的电场中的势能特点。电子能量电子能量 E 低，穿过势垒概率小，共有化程度低；低，穿过势垒概率小，共有化程度低；电子能量电子能量
3、E 高，穿过势垒概率大，共有化程度高。高，穿过势垒概率大，共有化程度高。E1+dE2E3激光 固体物理517.2 固体能带基础固体能带基础 由于晶体中各原子间相互作用，使原来各原子能量相近由于晶体中各原子间相互作用，使原来各原子能量相近的能级分裂成一系列和原能级接近的新能级，新能级排列的能级分裂成一系列和原能级接近的新能级，新能级排列密集，故称能带密集，故称能带（Energy Band）。二、能带和能带中电子的分布二、能带和能带中电子的分布 由由N个原子靠近而形个原子靠近而形成的晶体，原来的每成的晶体，原来的每个能级都将分裂成个能级都将分裂成N个个新能级。新能级。支壳层支壳层激光 固体物理61
4、7.2 固体能带基础固体能带基础 外层电子共有化显著，外层电子共有化显著，能带（能带（E）宽。）宽。 晶体点阵间距越小，晶体点阵间距越小，能带越宽，能带越宽，E越大。越大。 二能带有可能重叠。二能带有可能重叠。孤立原子：孤立原子：l支壳层最多容支壳层最多容 纳电子数纳电子数 2(2l1)N原子晶体：原子晶体：l支壳层最多容纳电子数支壳层最多容纳电子数 2(2l1)N激光 固体物理717.2 固体能带基础固体能带基础电子排布仍遵从泡利不相容原理电子排布仍遵从泡利不相容原理最多容纳最多容纳电子数电子数2N2N2N6N6N10N能量最小原理能量最小原理激光 固体物理817.2 固体能带基础固体能带基
5、础几个名词：几个名词：禁带：禁带：两个相邻的能带之间的能量间隔。在此间隔中，两个相邻的能带之间的能量间隔。在此间隔中，e不不能处于稳定状态，从而形成一个禁区。能处于稳定状态，从而形成一个禁区。满带：满带：能带中所有的能级均被能带中所有的能级均被e填满。填满。满带满带满带中满带中e没有导电作用。没有导电作用。空带：空带：能带中所有的能级均没有能带中所有的能级均没有e填入。填入。导带：导带：能带中只填入部分能带中只填入部分e。导带导带价带：价带：最外层最外层e所在的能带。所在的能带。空带空带填满的价带填满的价带激光 固体物理917.2 固体能带基础固体能带基础36eV1. 绝缘体绝缘体价价带带三、
6、绝缘体、导体、半导体三、绝缘体、导体、半导体（按导电性能分类）（按导电性能分类） 禁带较宽，一般热激发、光照、禁带较宽，一般热激发、光照、外场作用，满带中的外场作用，满带中的e只有极个只有极个别能跃到空带中去，没什么导电别能跃到空带中去，没什么导电作用。作用。 加强外场作用，使满带中的加强外场作用，使满带中的e跃过禁区进入空带，此时绝缘体跃过禁区进入空带，此时绝缘体被击穿，成为导体，可导电。被击穿，成为导体，可导电。激光 固体物理1017.2 固体能带基础固体能带基础价带未满，导价带未满，导带。（锂）带。（锂）价带填满并与价带填满并与空带重叠，无空带重叠，无禁带。（镁）禁带。（镁）价带未满，导
7、带，价带未满，导带，并与空带重叠。（并与空带重叠。（铜铜 铝铝 银）银）2. 导体导体（三种情况）（三种情况）激光 固体物理1117.2 固体能带基础固体能带基础价带价带0.11.5eV3. 半导体半导体 能带结构与绝缘体相似，但禁能带结构与绝缘体相似，但禁带较窄。用不大的能量可把价带带较窄。用不大的能量可把价带中的中的e激发到空带中去。激发到空带中去。 空带中空带中e导电；导电； 满带中满带中空穴导电。空穴导电。 导电性能介于绝缘体和导体之导电性能介于绝缘体和导体之间。间。（本征半导体、杂质半导体）（本征半导体、杂质半导体）激光 固体物理1217.2 固体能带基础固体能带基础杂质杂质能级能级1. n 型半导体型半导体价带价带10-2 eV施主施主能级能级四、杂质半导体四、杂质半导体在四价元素（在四价元素（Si,Ge）中掺入少量五价元素（）中掺入少量五价元素（P,As）（电子导电）（电子导电）激光 固体物理1317.2 固体能带基础固体能带基础杂质杂质能级能级2. P 型半导体型半导体价带价带受主受主能级能级10-2 eV空穴空穴在四价元素（在四价元素（Si,Ge）中掺入少量三价元素（）中掺入少量三价元素（B,Ga）（空穴导电）（空穴导电）激光 固体物理
