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1、第二節(jié)導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶論解釋本節(jié)主要內(nèi)容:6.2.1滿帶電子不導(dǎo)電6.2.2導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶6.2.3近滿帶和空穴6.2.4金屬和絕緣體的轉(zhuǎn)變6.2.1滿帶電子不導(dǎo)電1.滿帶、導(dǎo)帶、近滿帶和空帶(1)滿帶：能帶中所有電子狀態(tài)都被電子占據(jù)。(2)導(dǎo)帶：能帶中只有部分電子狀態(tài)被電子占據(jù),其余為空態(tài)。(3)近滿帶：能帶中大部分電子狀態(tài)被電子占據(jù),只有少數(shù)空態(tài)。(4)空帶：能帶中所有電子狀態(tài)均未被電子占據(jù)。§6.2導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶論解釋2.滿帶和導(dǎo)帶中電子的導(dǎo)電情況(1)無外電場不論是否滿帶，電子填充和-的幾率相等。據(jù)右圖可看出又I=0導(dǎo)帶滿帶EAEA(2)有外電場軸
2、上各點均以完全相同的速度移動，因此并不改變均勻填充各態(tài)的情況。從A′移出去的電子同時又從A移進來，保持整個能帶處于均勻填滿的狀況，并不產(chǎn)生電流。滿帶：導(dǎo)帶：在外場作用下，電子分布將向一方移，破壞了原來的對稱分布，而有一個小的偏移,這時電子電流將只是部分抵消，而產(chǎn)生一定的電流。EAEA時I=0導(dǎo)帶滿帶6.2.2導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶有導(dǎo)帶導(dǎo)帶導(dǎo)體半導(dǎo)體禁帶窄禁帶半導(dǎo)體空帶禁帶絕緣體空帶絕緣體禁帶寬幾個實例1.堿金屬LiNaKns電子只占一半能帶，為導(dǎo)體。2.堿土金屬BeMgCans電子填滿了ns能帶，但ns能帶與上面能帶形成能帶交疊，故仍為導(dǎo)體。6.2.3近滿帶和空穴滿帶中少數(shù)電子受激發(fā)
3、而躍遷到空帶中去，使原來的滿帶變成近滿帶，近滿帶中這些空的狀態(tài)，稱為空穴?？昭ㄔ谕鈭鲋械男袨楠q如它帶有正電荷+e。(2)(3)(4)(1)設(shè)能帶中有一個態(tài)沒有電子，即能帶中出現(xiàn)一個空穴，空穴的波矢用表示?？梢宰C明：滿帶中(2)如果滿帶中有一個電子逸失，系統(tǒng)的總波矢為空穴的波矢。(1)(4)(3)6.2.4金屬和絕緣體的轉(zhuǎn)變典型例子：低溫下固化的隋性氣體在足夠高的壓強下可以發(fā)生金屬化的轉(zhuǎn)變。這種與能帶是否交疊相對應(yīng)的金屬--絕緣體的轉(zhuǎn)變稱為Wilson轉(zhuǎn)變。從非金屬態(tài)變成金屬態(tài)所需的壓強稱為金屬化壓強。1.Wilson轉(zhuǎn)變：任何非導(dǎo)體材料在足夠大的壓強下可以實現(xiàn)價帶和導(dǎo)帶的重疊，從而呈現(xiàn)金屬
4、導(dǎo)電性。Xe在高壓下5d能帶和6s能帶發(fā)生交疊，呈現(xiàn)金屬化轉(zhuǎn)變。2.結(jié)構(gòu)變化引起的金屬--絕緣體轉(zhuǎn)變(Peierls轉(zhuǎn)變)設(shè)某金屬，每個原胞有1個價電子，有一個半滿的導(dǎo)帶。使原胞的晶格常量增大,費密半徑半滿的導(dǎo)帶滿帶金屬絕緣體例1：半導(dǎo)體材料的價帶基本上填滿了電子(近滿帶)，價帶中電子能量表示式E(k)=-1.016?10-34k2(J)，其中能量頂點取在價帶頂,這時若k=1?106/cm處電子被激發(fā)到更高的能帶(導(dǎo)帶)，而在該處產(chǎn)生一個空穴，試求出此空穴的有效質(zhì)量，波矢，準動量，共有化運動速度和能量。解:(1)波矢：(2)準動量：(3)(4)(5)例2：晶格常量為a的一維晶格，其價帶頂附
5、近的色散關(guān)系為其中，在導(dǎo)帶底附近的色散關(guān)系為求：(1)禁帶寬度；(2)導(dǎo)帶底電子的有效質(zhì)量和價帶頂空穴的有效質(zhì)量；(3)電子由價帶頂激發(fā)到導(dǎo)帶底時，準動量的變化；(4)在外電場作用下，導(dǎo)帶底的電子和價帶頂空穴的加速度；(5)設(shè)a=0.25nm，?=100v/m，請求出空穴自價帶頂漂移到k0處所需的時間。價帶頂導(dǎo)帶底(1)導(dǎo)帶底價帶頂(2)導(dǎo)帶底價帶頂(3)(4)(5)
