金屬、半導(dǎo)體和絕緣體能帶結(jié)構(gòu)區(qū)別

1、.金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)區(qū)別本論文從能帶的形成過程和電流的產(chǎn)生機(jī)理兩方面來說明金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)區(qū)別。1.能帶（ Energy Band）的形成過程當(dāng)孤立的原子結(jié)合在一起形成固體時，相鄰的原子之間會產(chǎn)生各種交互作用，原子之間的排斥力和吸引力最后在一定的原子間距達(dá)到平衡由量子力學(xué)可知，晶體中相同原子孤立存在時，各自的電子波函數(shù)沒有相互作用，因而各原子可以有完全相同的電子能級結(jié)構(gòu)。當(dāng)相同原子相互接近時，其電子波函數(shù)便開始重迭根據(jù)量子力學(xué)的泡利不相容原理，在一個系統(tǒng)中，不允許有兩個電子具有相同的量子狀態(tài)，因而孤立原子的能級必然產(chǎn)生分裂，這些新產(chǎn)生的分裂能級不再是某個原于所獨(dú)有，而

2、是屬于原子共有。在固體中，大量原子結(jié)合在一起，相互極為接近的大量分裂能級最終成為一個連續(xù)的能帶。量子力學(xué)計算表明，晶體中若有 N 個原子，由于各原子間的相互作用，對應(yīng)于原來孤立原子的每一個能級 ,在晶體中就變成了 N 條靠得很近的能級 ,稱為能帶。如圖 1 所示：.圖 1能帶的寬度記作 E ，數(shù)量級為EeV。若 N1023 則能帶中兩,能級的間距約 10-23。eV能帶的一般規(guī)律：越是外層電子，能帶越寬，E 越大； 點(diǎn)陣間距越小，能帶越寬，E 越大； 兩個能帶有可能重疊。如圖 2 所示：圖 2.2.電流產(chǎn)生機(jī)理電流的產(chǎn)生要求電子能夠在電場的作用下加速移動至新的能量狀態(tài)，即要求在電子現(xiàn)有能量狀態(tài)

3、附近必須有空能級。舉例來說，如果一個能帶中只有很少幾個電子，而有大半的能態(tài)是空的，則電子很容易在能帶中由這個能態(tài)運(yùn)動到另一個能態(tài)，從而發(fā)生電荷的遷移，產(chǎn)生導(dǎo)電行為。對于金屬、絕緣體和半導(dǎo)體來說，因其導(dǎo)電性不同，所以其能帶結(jié)構(gòu)也不相同。在絕緣體結(jié)構(gòu)中 0K 時“價帶 ”已被全部占據(jù)，導(dǎo)帶是全空的，因而價帶中的電子于無法進(jìn)行電荷運(yùn)輸，因?yàn)閮r帶中沒有空能級。導(dǎo)帶中雖有空能級但無電子，因而也不可能進(jìn)行電荷運(yùn)輸；半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相仿，但其禁帶寬比絕緣體小得多例如 Si 為 1.1eV，而金剛石為 5eV。這一較小的禁帶寬度使價帶中的電子能較容易地在熱或光的作用下激發(fā)到高能帶即導(dǎo)帶中而起導(dǎo)電作用；金屬的能帶結(jié)構(gòu)又不同，能帶或是重疊，或是半填滿。固而在一個能帶內(nèi)總是既