2021-2022学年高二物理竞赛课件：固体的能带.pptx

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1、固体的能固体的能带固体的能固体的能带l 满带：填满电子的能带满带：填满电子的能带l 不满带：未填满电子的能带不满带：未填满电子的能带l 空带：没有电子占据的能带空带：没有电子占据的能带l 禁带：不能填充电子的能区禁带：不能填充电子的能区l 价带：在价带：在0k0k时能被电子占满的最高能时能被电子占满的最高能 带，对半导体价带通常是慢带带，对半导体价带通常是慢带l 导带：半导体最外面（能量最高）的导带：半导体最外面（能量最高）的 一个能带。一个能带。u 能带被占据情况的几个概念：能带被占据情况的几个概念：空带空带 满带满带E E 不满带不满带 禁带禁带价带价带导带导带固体的能固体的能带u 能带对

2、电导的贡献能带对电导的贡献满带满带电子交换能态电子交换能态并不改变并不改变能量状态，所以能量状态，所以满带不满带不导电。导电。导带：导带：不满带或满带以上最低的空带不满带或满带以上最低的空带为什么把空带或不满带称为导带？为什么把空带或不满带称为导带？因为因为只有这种能带中的电子才能导电。只有这种能带中的电子才能导电。固体的能固体的能带这只有导带中的电子才有可能。这只有导带中的电子才有可能。E E导电导电电子在电场作用下作定向运动，电子在电场作用下作定向运动，以一定速度漂移，以一定速度漂移，v v 10 10-2-2 cm/s cm/s电子得到附加能量电子得到附加能量到较高的能级上去，到较高的能

3、级上去，固体的能固体的能带满带满带空带空带价带价带导带导带不满带不满带导带导带E Ep p从能带来分析导电性：从能带来分析导电性：不导电不导电E Ep p导电导电 它们的导电性能不同，它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。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固体按导电性能的高低可以分为导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体n 导体的能带结构导体的能带结构 空带空带 导带导带E E某某些些一一价价金属，金属，如如:Li:Li 满带满带某些二价金属，某些二价金属，如如:Be,Ca,Mg,:Be,Ca,Mg,Zn,Ba Zn,Ba 导带导带 空带空带如如:Na,K,Cu,:Na,

4、K,Cu,Al,Ag Al,Ag 空带空带价价带带 导体导体在外电场的作用下，大量共有化电子在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体定向流动形成电流。很易获得能量，集体定向流动形成电流。从能级图上来看，从能级图上来看，是因为其共有化电子是因为其共有化电子很易从低能级跃迁到高能级上去。很易从低能级跃迁到高能级上去。Eu 绝缘体的能带结构绝缘体的能带结构E E 空带空带 空带空带 满带满带禁禁带带E Eg g=3=36eV6eV从能级图来看，从能级图来看，是因为满带是因为满带与空带间有一个与空带间有一个较宽较宽的禁带的禁带 绝缘体绝缘体在外电场的作用下，在外电场的作用下，共有化电子很难接

5、受外电场的能量，共有化电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。所以形不成电流。当当外电场足够强外电场足够强时，共有化电子还是能越过时，共有化电子还是能越过禁带跃迁到上面的空带中，使禁带跃迁到上面的空带中，使绝缘体的击穿绝缘体的击穿 。共有化电子很难从低能级（满带）共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。跃迁到高能级（空带）上去。（E Eg g：3 36 eV6 eV）n 绝热近似：原子核比电子重得多，考虑子运动时可不考虑原原子核比电子重得多，考虑子运动时可不考虑原 子核的运动。子核的运动。n 单电子近似：多电子转化为单电子问题多电子转化为单电子问题n 周期性势场近似：电子在等效周期性势场中运动电子在等效周期性势场中运动能带理论中的主要思想：三大近似能带理论中的主要思想：三大近似u固体中电子运动遵从的薛定谔方程固体中电子运动遵从的薛定谔方程电子电子离子实离子实电子离子电子离子实关联实关联 r ri i 表示表示10102929个电子量级的坐标个电子量级的坐标非常复杂无法求解！非常复杂无法求解！