第十三章固体中的电子(ElectronsinSolids)内容固体的能带结构半导体§13.1固体的能带(EnergyBandsinSolids)晶体准晶体非晶体固体晶体结构＝点阵＋基元⒈能带的由来*先看两个原子的情况.Mg.Mg能级分裂为两条1s2s2p3s3p1s2s2p3s3p空带价带原子间的相互作用原子的能级分裂成能带.e.g.1s2s2p⒉电子对能带的填充——服从泡利不相容原理和能量最低原理.⑴满带(filledband)——所有量子态都被电子占据的能带.⑵空带(emptyband)——所有量子态都没有被电子占据的能带.(4)价带(valenceband)——由原子中价电子能级分裂成的能带.价带可能是满带(例如金刚石)，也可能不是满带(例如碱金属).(3)禁带(forbiddenband)——两相邻能带间，不能被电子占据的能量范围.能带理论指出：若电子处于未被填满的能带中，则在外电场作用下，电子可以跃入能带中较高的空能级，从而参与导电.通常，未被填满的价带是导带；位于满带上方的空带，在外界(光、热等)激发下，会有电子跃入，也称为导带.(5)导带(conductionband)——具有能导电的电子的最高能带.禁带空带(导带)禁带满带价带(满带)能带分布：满带空带禁带禁带E价带(导带)⒊能带论对固体导电性的解释导体——电阻率<10-8m半导体——10-8m<<108m绝缘体——>108m能带论的解释：⑴导体中，或是价带未被填满，或是价带与上方的空带交叠.价电子都能参与导电导体有良好的导电性能.空带(导带)禁带满带价带(满带)导体能带分布：满带空带禁带禁带E价带(导带)⑵半导体中，价带已满，但上面的禁带宽度较小(~1eV).在常温下有一定数量的电子从价带跃入上方的空带，能参与导电.但导电电子数密度(~1016/m3)远小于导体中的值(~1028/m3)导电性能不及导体.空带(导带)价带(满带)E⑶绝缘体中，价带已满，且上面的禁带宽度较大(～5eV).在常温下只有极少数电子能从价带跃入上方的空带导电电子数密度极小导电性能很差.空带(导带)价带(满带)E§13.2半导体(Semiconductors)⒈两种导电机制在常温下，有部分价电子从满带跃入上方的空带，从而在满带中留下一些空的量子态——空穴(hole).跃入空带中的电子可参与导电——电子导电；留在满带中的电子也可参与导电，可用“带正电的空穴”的运动来描绘——空穴导电.纯净(本征)半导体：导带中的电子数等于满带中的空穴数.⒉杂质的影响杂质半导体分为两类:⑴电子型(N型)半导体——掺有施主杂质，以电子为多数载流子的半导体.(N——negative)施主(donor)杂质：进入晶格，与周围基质原子形成晶体原有的电子结构后，尚有多余价电子.e.g.在四价元素半导体(Si,Ge)中掺入五价杂质(P,As)——施主杂质.掺入施主杂质后,在价带上面的禁带中靠近导带(E~10-2eV)处,出现杂质能级——施主能级.常温下E价带导带低温下施主能级常温下，施主能级上的电子很容易跃入导带，相对说来，从价带跃入导带的电子数很少导带中的电子数远多于价带中的空穴数在N型半导体中，电子是多数载流子(majoritycarrier，简称多子)，而空穴是少数载流子(minoritycarrier，简称少子).⑵空穴型(P型)半导体——掺有受主杂质，以空穴为多数载流子的半导体.(P——positive)受主(acceptor)杂质：进入晶格，与周围基质原子形成晶体原有的电子结构时，缺少价电子.e.g.在四价元素半导体(Si,Ge)中掺入三价杂质(B,Al)——受主杂质.掺入受主杂质后，在价带上面的禁带中靠近价带(E~10-2eV)处，出现杂质能级——受主能级.常温下E价带导带低温下受主能级常温下，价带中的电子很容易跃入受主能级，相对说来，跃入导带的电子数很少价带中的空穴数远多于导带中的电子数在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子.⒊外场的影响⑴热激发温度跃迁电子数载流子数电阻.应用：热敏电阻器(thermistor).金属RT半导体o⑵光激发光照跃迁电子数载流子数电阻.——光电导现象应用：光敏电阻器(photoresistor).⒋PN结(PNjunction)——P型半导体与N型半导体的交界区.PN+++PN在交界区,因载流子扩散而形成电偶层——阻挡层(厚度约1m,场强约106~108V/m).PN结的特性：单向导电性.PN结的应用：整流(rectification).⒈固体的能带⑴能带的由来⒉半导体⑴两种导电机制⑵杂质半导体N型：施主杂质、施主能级、多子、少子P型：受主杂质、受主能级、多子、少子⑶能带论对固体导电性的解释⑵满带,空带,价带,导带,禁带.Chap.13SUMMARY⑶外场(热、光)对导电性的影响⑷PN结⒈本征半导体中参与导电的载流子是电子与空穴，N型半导体中参与导电的载流子是，P型半导体中参与导电的载流子是.
答案
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：电子与空穴电子与空穴Chap.13EXERCISES⒉在4价元素半导体中掺入5价杂质，则可构成型半导体，参与导电的载流子多数是；相反，若掺入3价杂质，则可构成型半导体，参与导电的载流子多数是.答案：N电子P空穴⒊N型半导体中杂质原子所形成的局部能级（施主能级），在能带结构中应处于(A)满带中.(B)导带中.(C)禁带中，但接近满带顶.(D)禁带中，但接近导带底.答案：(D)[思考]P型半导体中受主能级的位置?
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