半导体能带与禁带理论解读

1.禁带、导带、价带

（1）禁带。固体中的电子态是由能带理论描述的。电子只能停留在所对应的能带的能级上，在能带与能带之间的区域是不允许电子停留的，这个由能带理论所规定的两个相邻能带之间不能为电子占据的能量范围称为禁带。

（2）导带。电流是电子沿着一定方向移动形成的，电子的这种移动，是受电场的加速作用。这个加速作用，使电子获得附加的动能，电子能量增大，从而使电子从能带低的能级跳跃到较高的能级。电子从较低能级跳跃到较高能级的过程，也就是电子参加导电的过程。电子能否参加导电运动，首先要看能带里有无空的能级，有的能带被电子填满，有的能带只有一部分能级上有电子，还有一部分没有电子，能级是空的。这样，在外电场的作用下，电子就会从下面的能级跳跃到上面的空能级参加导电运动，这种未被填满的能带或空带就称为导带。

（3）价带。能带中有很多分立的能级，电子在能带中总是先占据最低能级，然后依次上填。内层电子的能带总是被电子占满的，被电子填满的能带，不可能从低能级跳跃到高能级去参加导电运动，这种已被电子填满的能带，称为满带或价带。

2.导体、半导体、绝缘体 它们的导电机理可用能带理论阐述，物质的导电性取决于其价带是否填满、禁带是否存在、以及禁带宽度E_g。图3-1示出晶体能带简图。

半导体的禁带宽度比较窄，E_g约为0.1～2eV，见图3_-1a。绝缘体的禁带宽度比半导体的禁带宽度宽的多，E_g约为3～10eV，见图3-1b。金属导体有两种情况：一种是导带的下面部分能级与价带的上面部分能级相互叠合，因而没有禁带，见图3-1c；另一种是在单价金属中，价带中只有一部分能级占有电子，因此即使价带与导带并不叠合，也能导电，见图3-1d。(www.xing528.com)

能带图的纵坐标表示电子总能量，导带的最低能量表示一个导电电子静止时的势能，故导带底E_c表示一个电子的势能，同样价带顶E_V表示一个空穴的动能。在导带中，运动电子的动能等于本身能量与E_c之差；在价带中，运动空穴的动能等于本身能量与E_V之差。

图3-1 晶体能带简图

a）半导体 b）绝缘体 c）金属导体 d）单价金属