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1、固体的能带结构1.晶体理想晶体中的粒子(原子、分子或原子集团)在空间的排布上是长程有序的,可以用点来表示上述粒子的质心,它们在空间有规则地作周期性的分布,构成空间点阵。2.非晶体非晶态也称为无定形态或玻璃态,其中分子排列在小范围的空间内是短程有序的,但与理想晶体相比,在次近邻原子间的关系上就可能有显著差别。§18.1晶体非晶体3.晶体和非晶体的区别(1)晶体有一定对称性的规则外形,非晶体则没有。(2)晶体的物理性质是各向异性的，而非晶体是各向同性的。(3)晶体有一定的熔点，非晶体则没有。(4)晶体在外力的作用下，容易沿着一定的平面(解理面)裂开，而非晶体没有解理面。能带可分为：填满电子的能带
2、称为满带。未填满电子的能带称为导带。没有电子填充的能带称为空带。显然空带也属导带。由价电子能级分裂而成的能带称为价带。在能带之间没有可能量子态的能量区域叫禁带。导带中的能级未被占满，一个电子在外力作用下向其它能级转移时，不一定有相反方向的转移来抵消，所以导带具有导电作用。图18-3由于满带中所有能级都被电子占满，因此一个电子在外力作用下向其它能级转移时，必然伴随着相反方向的转移来抵消，所以满带是不导电的。图18-23.电子在能带中的填充和运动1.半导体和绝缘体(电介质)的能带从能带上看，半导体和绝缘体的能带没有本质区别：都具有填满电子的满带
3、和隔离满带与空带的禁带。不同的是，半导体的禁带较窄，而绝缘体的禁带较宽。满带空带禁带(a)半导体的能带E=0.10.2eV满带空带禁带(b)绝缘体的能带E=36eV图18-4EE§18.3半导体绝缘体导体的能带绝缘体的禁带一般很宽,一般的热激发、光照或外加电场不是特别强时,满带中的电子很少能被激发到空带中去,所以绝缘体有较大的电阻率，导电性极差。半导体的禁带宽度较窄,在通常温度下,有较多的电子受到热激发从满带进入空带,不但进入空带的电子具有导电性能,而且满带中留下的空穴也具有导电性能。所以半导体的导电性虽不及导体但却比绝缘体好得多。图18-4满带空带禁带(a)半导体的能带E=0.1
4、0.2eVE满带空带禁带(b)绝缘体的能带E=36eVE2.导体的能带图18-5导体的能带满带导带(不空)禁带E满带空带E满带导带(不空)E空带导体的能带特点：都具有一个未被电子填满的能带。在外电场作用下,这些能带中的电子很容易从一个能级跃入另一个能级,从而形成电流,所以导体显示出很强的导电能力。1.本征半导体由前可知，半导体禁带宽度较窄,通常温度下，满带的电子可能受激进入空带。进入空带的电子和留在满带中的空穴在外电场作用下都可导电。这种导电称为本征导电。具有本征导电的半导体，称为本征半导体。参与导电的电子和空穴统称本征载流子。2.杂质半导体在纯净的半导体里,可以用扩散的方法掺入少量其
5、他元素的原子(称为杂质),掺有杂质的半导体称为杂质半导体。杂质半导体的导电性能较之本征半导体有很大的改变。§18.4半导体的导电机制在四价元素(硅或锗)半导体中,掺入少量五价元素磷(P)或砷(As)等杂质,可构成n型半导体。如图18-6所示。SiSiSiSiSiSiSiP图18-6(1)n型半导体四价元素中掺入五价元素后,其中四个电子可以和邻近的硅原子或锗原子形成共价键,多余的一个电子成为自由电子。施主能级与导带底部之间的能量差值很小，通常温度下,施主能级中的电子很容易被激发而跃迁到导带去。大量自由电子的存在大大提高了半导体的导电性能。施主—不断向空带输送电子。容易看出，n型半导体的多数载流
6、子是电子。理论计算表明,n型半导体多余的这个价电子的能级在禁带中,并靠近导带的边缘，称为施主能级,如图18-7所示。negativechage负电荷施主能级导带(空)满带EE=10-2eV图18-7在四价元素(硅或锗)半导体中,掺入少量三价元素硼(B)、镓(Ga)等杂质,可构成p型半导体。如图18-8所示。(2)p型半导体图18-8这种杂质原子在代替晶体中硅或锗原子而构成共价键结构时,将缺少一个电子,这相当于增加一个可供电子填充的空穴。满带顶部与杂质能级之间的能量差值E<0.1eV。在温度不很高的情况下,满带中的电子很容易被激发到受主能级,同时在满带中形成空穴。带正电的空穴移动是导电的。
7、大量空穴的存在，使其导电性大大提高。这种空穴的能级出现在禁带中,并且靠近满带,称为受主能级，如图18-9所示。受主—收容从满带跃迁来的电子。容易看出，p型半导体的多数载流子是空穴。positivechage正电荷导带(空)受主能级E<0.1eV满带E图18-9《公路涵洞设计细则》解释冯忠居教授长安大学二零零七年九月1.洞身构造1)圆管涵①材料组成：管身宜为钢筋混凝土构成，应配双层钢筋。②基础地基选用
