6.5 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋

1、06_05 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋,問題的提出,導(dǎo)體的電阻率,半導(dǎo)體的電阻率,絕緣體的電阻率,所有固體中都包含大量的電子 但電子的導(dǎo)電性卻相差非常大,導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別在哪里,電子的能帶理論解釋了導(dǎo)體與絕緣體,特魯特關(guān)于一些金屬導(dǎo)電電子數(shù) 等于原子的價(jià)電子數(shù)的假設(shè)是相當(dāng)成功,其它一些固體卻不是這樣,1 滿帶中的電子對(duì)導(dǎo)電的貢獻(xiàn),電子能量是波矢的偶函數(shù),狀態(tài)和 狀態(tài)中電子的速度大小相等、方向相反,波矢為 的電子的速度,波矢為 的電子的速度,1) 在無外場(chǎng)時(shí),每個(gè)電子產(chǎn)生的電流,對(duì)電流的貢獻(xiàn)相互抵消,熱平衡狀態(tài)下，電子占據(jù)波矢為 的狀態(tài)和占據(jù)波矢 為 的狀態(tài)的幾率相等,無外場(chǎng)時(shí)晶

2、體中的滿帶 不產(chǎn)生電流,狀態(tài)和 狀態(tài)中電子的速度大小相等、方向相反,2) 在有外場(chǎng) 作用時(shí),電子受到的作用力,電子動(dòng)量的變化,所有電子狀態(tài)以相同的速 度沿著電場(chǎng)的反方向運(yùn)動(dòng),電子的運(yùn)動(dòng)不改變布里淵區(qū)中電子的分布 滿帶中的電子不產(chǎn)生宏觀電流,2 導(dǎo)帶中的電子對(duì)導(dǎo)電的貢獻(xiàn),1) 無外場(chǎng)存在時(shí),雖然只有部分狀態(tài)被電子填充，但波矢為 的狀態(tài) 和波矢為 的狀態(tài)中電子的速度大小相等、方向相 反，對(duì)電流的貢獻(xiàn)相互抵消,熱平衡狀態(tài)下電子占 據(jù)兩個(gè)狀態(tài)幾率相等,導(dǎo)帶中的電子在無外 場(chǎng)作用時(shí)不產(chǎn)生電流,2) 在有外場(chǎng)作用時(shí),導(dǎo)帶中只有部分狀態(tài)被電子填充 外場(chǎng)的作用使布里淵區(qū)的狀態(tài)分布發(fā)生變化,所有的電子狀態(tài)以相同

3、的速度沿著電場(chǎng)的反方向運(yùn)動(dòng) 逆電場(chǎng)方向上運(yùn)動(dòng)的電子較多,在外場(chǎng)作用下導(dǎo)帶 中的電子產(chǎn)生電流,導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體模型,絕緣體 原子中的電子是滿殼層分布的,在電場(chǎng)的作用下沒有電流產(chǎn)生,價(jià)電子剛好填滿了許可的能帶，形成滿帶 導(dǎo)帶和價(jià)帶之間存在一個(gè)很寬的禁帶 一般情況下，價(jià)帶之上的能帶沒有電子,導(dǎo)體 在一系列能帶中除了電子填充滿的能帶以外 還有部分被電子填充的能帶_導(dǎo)帶,原胞中只有一個(gè)價(jià)電子的固體 Li _3、Na_11、K_19、Cu_29、Ag_47,原胞中含有偶數(shù)個(gè)價(jià)電子，可以填滿一個(gè)能帶 絕緣體,二價(jià)金屬 Be(4)、Mg(12)、Zn(30)，原胞有2個(gè)電子,絕緣體 ？ 它們卻是導(dǎo)體 能帶

4、存在交迭,它們只填充半條能帶 導(dǎo)體,半導(dǎo)體 Si：14、Ge：32 禁帶寬度較窄 2 eV以下,依靠熱激發(fā)可將滿帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中 因而具有導(dǎo)電能力,熱激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子數(shù)目隨溫度按指數(shù)規(guī)律變化 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨溫度的升高按指數(shù)形式增大,半金屬 V族元素Bi、Sb、As 三角晶格結(jié)構(gòu)，原胞有偶數(shù)個(gè)電子,具有金屬的導(dǎo)電性_能帶的交疊,導(dǎo)電能力遠(yuǎn)小于金屬 能帶交疊較小 對(duì)導(dǎo)電有貢獻(xiàn)的載流子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通的金屬,3 近滿帶和空穴,近滿帶 滿帶中的少數(shù)電子 受熱或光激發(fā)從滿帶躍遷到上面的空帶中 使原來的滿帶變?yōu)榻鼭M帶,空穴 描述近滿帶的導(dǎo)電性,設(shè)想近滿帶中只有一個(gè) 態(tài)沒有電子,在電場(chǎng)的作用下 近滿

5、帶產(chǎn)生的電流為近滿帶中所有電子對(duì)電流的貢獻(xiàn),近滿帶產(chǎn)生的電流,總電流,近滿帶的總電流相當(dāng)于一個(gè)帶正電q的粒子 以空狀態(tài) 中電子的速度 所引起的,如果在空的 中放入一個(gè)電子 近滿帶變?yōu)闈M帶總的電流為零,近滿帶的電流,外場(chǎng)作用下滿帶不產(chǎn)生電流,兩邊對(duì)時(shí)間微分,電子受到的洛倫茲力,電子加速度,近滿帶產(chǎn)生電流變化規(guī)律,正電荷q在電磁場(chǎng)中受到的力,外電磁場(chǎng)中近滿帶電流的變化等同于一個(gè)帶正電q 具有正有效質(zhì)量m*的粒子,近滿帶電流變化,結(jié) 論,當(dāng)滿帶頂附近有空狀態(tài) 時(shí) 滿帶產(chǎn)生的電流以及電流在外電磁場(chǎng)中的變化 相當(dāng)于一個(gè)帶正電q，正質(zhì)量m*、速度 的粒子,這樣一個(gè)假想的粒子 空穴,固體中導(dǎo)帶底部少量電子引起