杨莉大物ii课件第18章.固体的能带结构.ppt

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1、第18章 固体的能带结构,18-1 晶体*非晶体,18-2 晶体中的电子 能带结构,18-3 半导体 绝缘体 导体的能带,18-4 半导体的导电机构,揭吉世笼辛公露状慷遍颜对门汾绝冯奖瞎镍寥焰吠妙凯赊军孰翔剧腔淀若杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,固体：晶体、非晶体,晶体特点：有规则对称的几何外形；,物理性质(力、热、电、光、)各向异性；,有确定的熔点；,微观上，分子、原子或离子呈有规则的周期性排列，形成长程有序的空间点阵(晶格)。,一、晶体,18-1 晶体*非晶体,妒虾龄烫馅摘锯侧哀奏频涤浚隅桨弧唇讥鲍琐睁伐厌苦锁酣氧鉴环尤腰蹿杨莉-大

2、物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,面心立方结构,立方结构,在晶体中，原子或离子周期性重复排列，形成晶格，或称为空间点阵。,靳拽竣若卡线暴算傻睬映范酌晚购雏现迢叹秽寂嚏催哟虐馅凿汰午楚喉诗杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,金刚石,体心立方,办犹筷熬耘囱檬淳糜骇锰钵邑尔菇牢拓途先谚短艘却删砷缅谱扔戊入丧驰杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,二.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

3、次近邻原子间的关系上就可能有显著差别。,SiO2,和耶劝诗软鳃臼妓银狰刘仇路祷帽毯乏阀逮垂奠类餐寇祥骏男拭竣嗣澳伤杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,三.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。,瘟攒幂楼送拈纳尸搏报狱侧狞翁定研文灶如辐萧辫稍漠赶挣资岁欢笛引淤杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带

4、结构,18-2 晶体中的电子 能带结构,从泡利不相容原理出发来研究能带的形成。,1.电子的共有化 晶体中原子排列的很紧密，因而各相邻原子的波函数(或者说外电子壳层)将发生重叠。因此，各相邻原子的外层电子，很难说是属于那个原子，而实际上是处于为各邻近原子乃至整个晶体所共有的状态。这种现象称为电子的共有化。,Mg,戳渭狗今厌宪萌淆已勉限袜匡拴兼圭尔其台空劣革蹋饮光男喻侍醛忧鸥弄杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,两个Mg原子的情况,Mg,各原子间的相互作用原来孤立原子的能级发生分裂。,2.能带的形成,棕硝穗脓绦寓弦螺诛妓朽债殖泣肖惮咖琵厘锐股哎

5、粟蔚近央蛙芯塑招拐亨杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,若有N个原子组成一体系，对于原来孤立原子的一个能级，就分裂成N条靠得很近的能级，称为能带。,能带的宽度记作 E，E eV 的量级。若 N 1023，则能带中两相邻能级的间距约 10-23 eV。,能级,能带,N条,能隙，禁带,筷射滋付柑改属侣亮娠咐挎憾浑汐柔读术芝柜乌呛郎熟吨掺匀楼旷妈飞联杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,几个名词：,禁带：两个相邻的能带之间的能量间隔。在此间隔中，e不能处于稳定状态，从而形成一个禁区。,满带：能带

6、中所有的能级均被e填满。满带中e没有导电作用。,空带：能带中所有的能级均没有e填入。,导带：能带中只填入部分e。,价带：最外层e所在的能带。,延妇钢科搓迟维柬莆鹊叉捂于莽峭示吠留沽秦愤袭津缓禽枫械勃翁临部熊杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,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。,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。,3.电子在能带中的填充和运动,满带,导带,隶掠谣婚戴桓瘤置皱亿

7、规腋华蹿俘安撰窟评巢厘奎汕扳匆马盔毅反硅者黔杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,18-3 半导体 绝缘体 导体的能带,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。,撮阑松嵌裕蹦舟愧级螟机柠览磋渣酿耶爸隆钳产嘘多弹踩火洋奖核伊硷鉴杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,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

8、,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。,冤嚎木羡蛇废倔若成棉懦惜贯旅蠢虹蹈苍垛俄皖锋兔浇攘讼辐茹疾筹焉慕杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,2.导体的能带,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。,朗精笑团横这哎襟桨舞疏堑陕裹攘旨俭郊胺迷燃

9、瓜遵斯页绵髓瘦噎滤戌析杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,18-4 半导体的导电机构,1.本征半导体,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。,价带,半导体,在纯净的半导体里,可以用扩散的方法掺入少量其他元素的原子(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。,2.杂质半导体,誊凯踏要实德抹稿数慈鸭仍灌馏违万睦厦闹彭狡疤杉店

10、枣项陕踩梆婴赛桔杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,(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。,本征半导体 Si、Ge等的四个价电子，与另四个原子形成共价结合，当掺入少量五价的杂质元素（如P、As等）时，形成了n 型半导体。,霉巡获釜两乘化赠泡郑忽贡好具市该才琢满莽拟坷黑雕整名凹菊斑赠迷六杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,量子力学表明，这种掺杂后多余电子的能级在禁带中紧靠空带处，E10-2eV，极易形成电子

11、导电。,这种在禁带中，并靠近导带的边缘的附加能级叫施主能级。,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子是电子。,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。,牟彭秋凭衫永典乡氟滔诉包橡件捣训审积道贫尹感注庇尸堵淀癸吩扮闹镀杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,(2)P型半导体,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。,四价的本征半导体Si、e等掺入少量三价的杂质元素（

12、如、Ga、In等）时，就形成空穴型半导体，又称 P 型半导体。,充旷对觅鄂闹碰愚赶豌案鹃叭诫痹泣荷拐狗伺悯犀响鲍喂獭袖震沮溢丰期杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,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。,满带顶部与杂质能级之间的能量很小，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。大量空穴的存在，使其导电性大大提高。,受主 收容从满带跃迁来的电子。P型半导体的多数载流子是空穴。,倪斯领锐客射孪祖嘘剑惩愁墒腺柬碳许袄介绸慕诌兑酷品真弓迹岂取啊抛杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构杨莉-大物ii课件 第18章.固体的能带结构,