電子共有化與能帶

1 5 1固體的能帶 一 電子共有化 第5章固體能帶論 1 晶體的勢(shì)能 2 1 單個(gè)原子中的勢(shì)能 電子只受一個(gè)離子電場(chǎng)的作用 其勢(shì)能曲線像一個(gè)勢(shì)阱 3 2 雙原子分子中的勢(shì)能曲線 兩個(gè)原子靠得很近 每個(gè)價(jià)電子同時(shí)受到兩個(gè)離子的作用 其勢(shì)能曲線中間形成勢(shì)壘 這是兩個(gè)勢(shì)阱疊加的結(jié)果 r減小 勢(shì)壘寬度 勢(shì)壘高度 4 3 晶體中周期勢(shì)場(chǎng) 固體具有大量分子 原子或離子有規(guī)則排列的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 周期 5 2 共有化 處于低能級(jí)E1的電子在 勢(shì)谷 中 電子勢(shì)能 勢(shì)壘高度 勢(shì)壘較寬 穿透勢(shì)壘概率很小 可認(rèn)為它處于束縛態(tài) 處于高能級(jí)E2的電子可自由運(yùn)動(dòng) 電子勢(shì)能 勢(shì)壘高度 原來(lái)屬于某一原子的電子 此時(shí)為晶體的幾個(gè)原子共有 稱這些電子是共有化電子 稱這種由于晶體原子周期性排列而使價(jià)電子不再為單個(gè)原子所有的現(xiàn)象為電子的共有化 6 注意 1 共有化是指電子可在不同原子中的相似軌道上轉(zhuǎn)移 3 原子的外層電子是高能級(jí)E2上的價(jià)電子 勢(shì)壘穿透概率較大 電子可在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng) 故稱共有化電子 7 二 能帶 energyband 1 形成 由于電子共有化 使原子中具有相同能量的電子能級(jí)因原子相互作用而發(fā)生變化 使電子能級(jí)分裂 新的能級(jí)形成大小一定的一個(gè)能量范圍 E 這個(gè)能量范圍叫做能帶 量子力學(xué)計(jì)算表明 固體中若有N個(gè)原子 由于各原子間的相互作用 對(duì)應(yīng)于原來(lái)孤立原子的每一個(gè)能級(jí) 變成了N條靠得很近的能級(jí) 能帶 8 能帶的寬度記作 E 數(shù)量級(jí)為 E eV 若N 1023 則能帶中兩能級(jí)的間距約10 23eV 準(zhǔn)連續(xù) 9 一般規(guī)律 1 越是外層電子 能帶越寬 E越大 2 點(diǎn)陣間距越小 能帶越寬 E越大 3 兩個(gè)能帶有可能重疊 10 能帶中電子的排布 固體中的一個(gè)電子只能處在某個(gè)能帶中的某一能級(jí)上 排布原則 1 服從泡里不相容原理 費(fèi)米子 2 服從能量最小原理 11 電子排布時(shí) 應(yīng)從最低的能級(jí)排起 有關(guān)能帶被占據(jù)情況的幾個(gè)名詞 1 滿帶 排滿電子 2 價(jià)帶 能帶中一部分能級(jí)排滿電子 亦稱導(dǎo)帶 3 空帶 未排電子 亦稱導(dǎo)帶 4 禁帶 不能排電子 2 3 能帶 最多容納6N個(gè)電子 例如 1 2 能帶 最多容納2N個(gè)電子 12 能帶對(duì)導(dǎo)電性的影響 13 固體的導(dǎo)電性質(zhì) 主要是能帶結(jié)構(gòu)決定 而不是由電子的多少?zèng)Q定 能