固体的能带结构
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根据固体的结构, 固体材料分为:
前 言
晶体
非晶体
准晶体( 1984年发现)
食盐、云母、金刚石
玻璃、松香、沥青
Ti--Ni—V 急冷合金中发现的量子数n,l决定的能量连续分布的能带。
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离子间距
能带重叠示意图
2P
2S
1S
a
r
E
o
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3、许可带,禁带及能带中电子的分布
当原子结合成固体时,原子中各孤立能级就分别分裂成有一定宽度的能带,这样的能带即称这为许可带。许可带的宽度约为几个eV.
在各许可带之间所存在的无电子的能量区间就是禁带。禁带的宽度也约为几个eV.
虽然在各许可带中电子的能量近于可连续取值,但其允许容纳的电子数仍然受量子力学规律的支配,即当n,l给定后,在该能带上能容纳的电子数依然为N倍的
2p、3p等能带,最多容纳 6N个电子.
例如,1s、2s等能带,最多容纳 2N个电子.
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三. 能带中电子的填充
当大量原子结合成晶体时,在晶体中形成一系列由禁带隔开的许可带。此时晶体中的电子将按照
(2)能量最小原理
(1)泡里不相容原理(费米子)
填充在各许可带上。各许可带上所能允许的电子数,如上节所讲2N(2l+1) 个电子。
依据各许可带中电子填允的情况可将这些能带分别称之为:
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s
p
单个原子
N个原子
满带
导带
空带
禁带
禁带
d
1、满带,导带,空带
满带:该能带中所有可能的量子态全部被电子填满。
导带:该能带中所有可能的量子态只有部分量子态被 电子填充。
空带:与各原子的激发能级相对应的能带。在未被激发 的正常情况下该能带中是没有电子占据的,故称 空带。
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2、电子在能带中的填充运动
(1)满带中,由于所有量子态完全被电子所占据,无论是热运动还是在外场中的运动,电子向各个方向运动的几率都相同,故不能形成电流。
在通常情况下,满带中的电子是不可能通过吸收外场能量而进入空带的。因为禁带的宽度约为几个电子伏特,而晶体中电子的平均自由程约为10-8m,计算表明,要想在这么短的路程上通过外场加速的方法获得几个电子伏特的能量,外场必须达到108 ,而外场通常没有这样高。
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(2)导带中的电子通常处于该能带中能量较低的子能级上,在没有外电场时,电子向各个方向运动的几率相同,没有电流。当加上外电场时,每个电子都获得动量增量P而离开原来占据的低能态进入较高的能态(子能级)上,即进入到本能带中原来未被填满的较高的子能级上。而且这种转移不一定有反向电子的移动来抵消,于是在导带中就会出现一个定向的几率流密度,从宏观看就是电流。即导带中的电子是参与导电的,故谓之导带。
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(二)导体、半导体、绝缘体
它们的导电性能不同,
是因为它们的能带结构不同。
固体按导电性能的高低可以分为
导体
半导体
绝缘体
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*价带的概念:
即由价电子能级分裂而成的能带。
价带可以是满带,也可以是导带。
1,绝缘体
价带是满带的固体,且与最邻近的空带间的能级差很大,即为绝缘体
从能级图上来看,是因为满价带与空带之间有一个较宽的禁带(Eg:约3~6 eV),共有化电子很难从低能级(满带)跃迁到高能级(空带)上去.
禁带
Eg
满价带
空带
绝缘体
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2,半导体
价带也是满带。但其与最低空带间的禁带宽度Eg较窄,。因此用不大的激发能,如热运动,光照,或不大的外场,就能将满价带中的电子激发到最邻近的空带上去。
3,导体
凡价带为导带的固体即为导体。
导体的能带结构还有另外两种形式。
半导体
Eg
满价带
空带
禁带
Eg
导 体
导带
导带
导带
导带
空带
满带
禁带
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导体:在外电场的作用下,大量共有化电子很易获得能量,产生集体定向流动形成电流.
从能级图上来看:是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级上去.
E
*绝缘体与半导体的击穿
——当外电场非常强时,它们的共有化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中的.
这时绝缘体与
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