固体电子5--能带结构.pdf

第第五讲讲 固体电固体电子理论论 布洛赫理论 紧束缚近似 近自由电子近似 能带电子的经典近似 能带结构(5-3) 1 能带结构能带结构 满带和空带、价带和导带 能带带电子的导导电性性 导体导体、半导体和绝缘体的能带论解释半导体和绝缘体的能带论解释。。 能态密度能态密度 2 能带电子的分布（基态） • 能带理论给出了晶体电子的可能状态及其对应的能量本征值。 •所谓基态是指晶体电子系统在绝对零度时对应的状态所谓基态是指晶体电子系统在绝对零度时对应的状态。。此时此时， 晶体中的电子将将由低到高的填充能带中的能级( 需满足泡利 不相容原理），有两类填充情况: 电子恰好填填满最低的一 除去完全被电子充满的能带除去完全被电子充满的能带 系列能带，再高的能带全 之外，含有只是部分被电子占 部是空的部是空的。对应对应绝缘体和绝缘体和 据的能带据的能带，再高的能带全部是再高的能带全部是 半导体。 空的。对应金属晶体。 3 满带和空带、导带和价带 空带 空带空带 导带 半满带 价带 满带满带 满带满带 满带：完全被电子充满的能带。 空带空带：：无电子填充的能带无电子填充的能带。00个电子个电子 半满带：部分被电子填充的能带。 价带：价电子对应的能带即最上面满带（绝缘体或半导体） 导带：半满的价带(金属) 或者最低的空带(绝缘体或者半导体) 4 无外场时晶体无宏观电流 E (k ) E (−k ) n n kk 和和--kk 态电子数相同态电子数相同，速度大速度大 1 ( ) ∂E k ( ) 小相等，方向相反，对电流贡献 v k h ∂k 相互抵消，故晶体无宏观电流。 v(k ) −v(−k ) 5 能带结构能带结构 满带和空带、价带和导带 能带电子的导电性 导体导体、、半导体和绝缘体的能带论解释半导体和绝缘体的能带论解释。 能态密度能态密度 6 满带电子不导电 假设晶体施加一外电场E ，如果晶体内电子为自由电子，必然 形成电流。但实际晶体内电子除了受到外电场作用，还受到晶 体场的作用，一个典型特征就是：满带电子不导电。