CH17.12XX.ppt

《CH17.12XX.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、同学们好！§17-12固体能带理论基础一.物态物质的聚集态：大量粒子在一定温度、压力等外界条件下聚集而成的稳定结构状态。一定条件下，各种物态可以相互转化，有时还可以共存。Tp物态条件结构性质对称性气态液态固态热运动动能>>分子相互作用势能热运动动能~分子相互作用势能热运动动能<<分子间相互作用势能完全无序“近程有序”（暂时、局部）非晶体：短程有序晶体：长程有序无外场时自动趋向稳定、均匀的平衡态，无一定形状、体积。流动性，有一定体积，无一定形状。各向同性晶面角守恒，各向异性，有确定熔点。最高降低再降低固体物理

2、：晶体有成熟理论，基础是“能带理论”非晶体理论正迅速发展非晶体：晶格被破坏的固体；被“冻结”的无序结构——“过冷”液体(a)石英晶体(b)石英玻璃石英晶体的晶面角守恒ab:ca:bc:复杂的多体问题大量离子和电子彼此相互作用组成系统简化绝热近似认为离子与电子不交换能量多电子问题单电子问题二、量子力学处理晶体中电子问题的思路简化自洽场法考虑其余电子的平均场作用固定离子势场与其它电子平均场，总势能U：为周期性重复排列的势阱和势垒解定态薛定谔方程得波函数——布洛赫波函数重要结论：晶体中能级——能带势能函数：克朗尼

3、克—潘纳模型xU-doc三.晶体的能带结构——电子共有化1)晶体中电子的状态电子云重叠：相邻原子的电子云重叠，重叠区域中出现的电子不能简单归属于某一特定母核，属于相邻原子或整个晶体共有。1.形成能带的原因隧道效应：一个原子中的电子有可能穿越势垒进入另一个原子，出现一批不受特定原子束缚的共有化电子。外层电子共有化趋向比内层电子更显著。2)泡利不相容原理由于共有化电子彼此间量子数不能完全相同，于是各原子中能量相同的能级分裂为N个与原来能级接近的新能级，组成能带来容纳这些共有化电子。En,l,ml,ms2)能带宽

4、度随能量增加而增加，随离子对电子约束程度增加而减少。N个子能级N个子能级N个子能级EE1)能带由准连续的N个子能级组成，能带之间用禁带分开，原子数N变化时，能带宽度不变，密度变化。2.能带特点3)每个角量子数一定的能带中最多容纳的电子数为：2(2l+1)N价电子所处的能带—价带可为满带可为导带4)能量最小原理：电子总是先填满能量较低的能带。T0K,无激发电子,原子所占据的最大能级叫做费米能级满2.能带特点能带被电子填满：满带能带未被电子填满：导带完全未被电子填充：空带（激发态能级）四.导体，绝缘体，半导体

5、的能带特征以l=0，即每个子能级至多容纳2个电子为例：5）不同能带有可能重叠6）晶体中有杂质或缺陷时，破坏了周期性结构，禁带中可能出现杂质能级。满带中的电子运动不产生电流电子运动,分布不变导带中的电子运动可以形成电流电子运动,分布变化2.能带特点1.导体的能带结构1)价带为导带例：Li每个原子一个价电子（2s态）N个原子共有N个价电子N个Li原子形成固体时，2s能级分裂为能带，有N个子能级。可容纳2N个电子，成为未满带：导带空带价带2)价带为满带，与相邻空带紧密衔接或部分重叠3)价带为导带，又与空带部分重叠

6、例：Na每个原子一个价电子，3s能带形成导带，又与空带重叠，形成更宽导带。空带价带例：Mg每个原子二个价电子，3s能带形成满带，但与空带重叠，形成较宽导带。空带价带2.绝缘体的能带结构价带为满带，且与空带间的禁带较宽。一般：从满带到空带激发微不足道，可以认为不存在导带。当外来激发使较多电子越过禁带进入空带时，绝缘体击穿，原空带导带。空带价带E=1.5~10eV3.半导体价带为满带，与空带间的禁带较窄。空带价带E=0.1~1.5eV“电子—空穴”对为载流子导带中电子逆电场方向运动——电子导电原满带中电子填

7、补空穴满带中空穴沿电场方向运动——空穴导电外场作用下空带价带E=0.1~1.5eV1)本征半导体（纯净半导体）热运动足以使一些电子从满带进入空带，使空带成为导带，满带中留下空穴。空带价带E=0.1~1.5eV2)n型半导体（四价元素中掺入五价元素）杂质能级接近空带底，其上电子容易受激发进入空带，使其电子浓度增大。空带价带（满）杂质能级施主电子——多数载流子杂质能级——施主能级以电子导电为主3)p型半导体（四价元素中掺入三价元素）空穴——多数载流子杂质能级——受主能级以空穴导电为主杂质能级接近满带顶，满带

8、中电子容易受激发进入杂质能级，使满带中空穴浓度增大。空带价带（满）杂质能级受主4）p-n结及其单向导电性p-n结的形成及其对扩散的阻挡作用电子能带弯曲，电势高处，电势能低。形成阻挡层势垒阻挡层电场方向np扩散作用电子n—p空穴p—n-+eV0V0p:+n:-阻挡层减弱势垒降低多数载流子导电p:-n:+阻挡层加强势垒升高少数载流子导电p-n结的单向导电性p-n结的单向导电性由于热激发,半导体的载流子显著增加，杂质半