能带

半导体能带简述以硅为例+14外层电子受束缚最小，称价电子，硅的化学性质与导电性质都与价电子有关。+4简化硅单晶：硅原子整齐排列，形成点阵；每个原子处于正四面体中心，另有其它四个原子位于正四面体的顶角。由于原子之间的距离很近，一个原子上的电子不仅受到所在原子的作用，还会受到相邻原子的作用。相邻原子之间的外层轨道会发生交叠，于是电子之间将发生“等能跃迁”，电子从一个原子的轨道跑到另一个原子相同的轨道上去，形成共价键结构。+4+4+4+4共价键共价键内的两个电子称为“束缚电子”，共价键具有很强的结合力，使原子规则排列，形成点阵。无外界激发时，硅中没有自由电子存在，常温下，因热运动产生的自由电子数目极少。根据原子结构，电子处于不同轨道，都具有一定能量，越靠近外层轨道，能量越大，价电子具有最高的能量。每层轨道对应的特征能量值能级能带电子能量内层电子能级价电子能级自由电子能级（空能级）自由电子能带导带价电子能带价带内层电子能带禁带Eg当原子组成晶体后，各能级就分成相应的能带。导带价带禁带绝缘体禁带很宽半导体禁带较窄导体的能带导带价带禁带Eg导带价带禁带Eg导带价带（a）绝缘体（b）半导体（c）导体E价带导带Eg禁带Eg:3.5~8eVEg:0.7~3.5eV导带价带禁带EgEg导带价带禁带束缚电子Eg导带价带空穴束缚电子自由电子+5+4+4+4磷原子多余电子杂质半导体由于磷原子在硅晶体中给出一个多余的电子，故称磷为“施主杂质”这个多余的电子虽然不受共价键的约束，但仍受磷原子核的吸引，只能在磷原子周围活动，不过它受磷原子的吸引力比共价键的束缚要微弱得多。Eg导带价带禁带只要较小的能量就能挣脱磷原子的吸引而进入导带成为自由电子，其能带图如下，EN称为杂质能级。Eg=1.1eV导带价带Ei=0.044eVENEg=1.1eV导带价带Ei=0.044eVEN由于Ei很小，在室温下几乎所有杂质能级上的电子都能跳到导带成为自由电子。但并不会在价带产生新的空穴，所以自由电子数目远大于空穴的数目，称为电子导电型（或N型）半导体。+3+4+4+4硼原子空穴空穴导电型（P型）半导体Eg=1.1eV导带价带Ei=0.045eVEP