導(dǎo)體絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋

06_05導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋

——問(wèn)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(wú)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(wú)外場(chǎng)時(shí)晶體中的滿帶不產(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(wú)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(wú)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(méi)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(méi)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)帶大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流原胞中只有一個(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~2eV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(lái)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(méi)有電子——在電場(chǎng)的作用下近滿帶產(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