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1、§6.7導體、半導體與絕緣體根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)及電子的填充情況可以說明為什么晶體可以區(qū)分為導體、半導體與絕緣體，這是能帶理論的巨大成就。1由于是的周期函數(shù)布里淵區(qū)中空出的部分與離開的部分相同整個能帶中電子分布情況實際上沒有變化因此滿帶在電場作用下不導電結(jié)論§6.7.1能帶的填充與導電性2如果能帶不滿，只有部分狀態(tài)被電子占據(jù)，則在電場作用下，整個電子分布向電場反方向移動，如下圖，這時沿電場正、反方向運動的電子數(shù)不相等，破壞了原來的對稱分布，總的電流不為零，所以不滿帶可以導電。P125-圖6.11電場作用下不滿帶中的電子分布示意圖EEK
2、KKKVV3排了電子但未排滿的稱為未(不)滿帶未排電子的稱為空帶。兩個能帶之間的禁帶是不能排電子的。[1]滿帶不導電[2]不滿能帶才有導電性4§6.7.2電子與空穴只有不滿的能帶才有導電的功能，其電流的載流子自然是電子。但當一個能帶只含有少量的空狀態(tài)而大部分狀態(tài)被電子占據(jù)時，我們稱這些空狀態(tài)為空穴。為描述這種近滿能帶的導電性，通常不用其中的大量電子而用少量的空穴，可以使問題大為簡化也更為直觀。5可以證明，缺少一個電子的能帶所產(chǎn)生的電流與一個帶正電荷的載流子以速度運動時所產(chǎn)生的電流相同。這樣，缺少一個電子的能帶其所有2N-1個電
3、子對電流的貢獻便可以歸結(jié)為一個帶正電荷e的空穴的貢獻?？梢园芽昭闯删哂姓行з|(zhì)量的準粒子。因此，晶體中的載流子除電子外還可以有空穴，既可以單獨存在也可以同時存在。6§6.7.3導體、半導體與絕緣體的區(qū)分既然滿帶電子不導電只有不滿帶電子才有導電性，所以根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)及其填充情況就可以判斷晶體是否為導體。當原子結(jié)合成晶體后，原子的內(nèi)層滿殼層電子將填滿相應(yīng)的一系列能帶，這些電子的數(shù)量雖然很大，但不參與導電，只須考慮外層價電子的能帶填充情況就可以判斷晶體的導電性。7[1]能量最高的滿帶與最低的空帶有重疊，結(jié)果兩個能帶都不滿，晶體仍是導
4、體。[2]能量最高的滿帶與最低的空帶沒有重疊，被禁帶分開，這種晶體是絕緣體或半導體。8導體，在外電場的作用下，大量共有化電子很易獲得能量，集體定向流動形成電流。絕緣體：在外電場的作用下，共有化電子很難接受外電場的能量，所以形不成電流。從能級圖上來看，是因為滿帶與空帶之間有一個較寬的禁帶（Eg約3～6eV），共有化電子很難從低能級（滿帶）躍遷到高能級（空帶）上去。半導體：的能帶結(jié)構(gòu),滿帶與空帶之間也是禁帶，但是禁帶很窄（Eg約3eV以下)。9稱最高的滿帶為價帶，最低的空帶為導帶。電子可以從價帶激發(fā)到導帶，價帶中產(chǎn)生空穴，導帶中出
5、現(xiàn)電子，空穴和電子都參與導電成為載流子。10P127圖6.12導體、半導體與絕緣體的能帶模型導體A半導體B絕緣體CEFEFEg價帶導帶最高的滿帶最低的空帶導帶價帶滿帶部分填充能帶11導體與半導體的區(qū)別在金屬導體中，載流子一般為電子，一般載流子的濃度n是確定的與溫度無關(guān)。而在半導體中，在絕對零度下沒有載流子，只有在T≠0時，由于熱激發(fā)，導帶中才有電子，同時價帶中出現(xiàn)空穴，所以載流子的濃度n與溫度密切相關(guān)，一般隨T按指數(shù)規(guī)律變化12金屬電阻率隨T上升而增大總的說來，導體與半導體的區(qū)別最關(guān)鍵的因素是能帶結(jié)構(gòu)不同。T金屬半導體電阻率半
6、導體的電阻率即溫度上升而下降13§6.8能帶理論的主要成就一能帶理論的主要成就：[1]指出晶體中電子的能譜分成許多能帶。晶體的性質(zhì)決定于其能帶結(jié)構(gòu)及電子的填充情況，這就為理解晶體的各種物理性質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。[2]根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)及電子的填充情況可區(qū)分晶體的導電性質(zhì)，說明為什么可以區(qū)分導體、半導體與絕緣體。[3]現(xiàn)有的半導體材料與器件是在能帶理論的基礎(chǔ)上建立與發(fā)展的，所取得的成就有目共睹14二能帶理論的局限性不能解釋超導，鐵磁性等，即使在判斷晶體是否是導體時，也不是所有情況下都是正確的，在一些過渡金屬的氧化物，如Mn2+O2-,Fe
7、2+O2-,Co2+O2-,Ni2+O2-其中：Mn2+，3d5;Fe2+,3d6;Co2+3d7;Ni2+,3d8;O2-,2p6它們的晶體結(jié)構(gòu)都是NaCl結(jié)構(gòu)，過渡金屬離子的3d能帶是不滿的，O2-的2p能帶是填滿的，按能帶理論，這些氧化物應(yīng)該是導體，但實驗發(fā)現(xiàn)它們是絕緣體（或半導體），但對于Ti2+O2-和V2+O2-，Ti2+（3d2），V2+（3d3），3d帶不滿，實驗發(fā)現(xiàn)是導體，與能帶理論的結(jié)論一致?？梢?，根據(jù)能帶是否填滿不足以正確判斷這類氧化物的導電性，對于更復(fù)雜的過渡金屬氧化物和其它化合物也有類似的情況，這說明
8、能帶理論是有局限性的。15局限性的原因能帶理論是在單電子近似的基礎(chǔ)上建立的，只考慮電子受晶格周期場的作用，忽略了電子間的相互作用，由于電子間存在相互作用，即使考慮屏蔽效應(yīng)，亦不能完全認為是互相獨立的，實際上是互相關(guān)聯(lián)的，即一個電子的狀態(tài)必然受到其它電子的影響。這種效應(yīng)稱為關(guān)聯(lián)
