導(dǎo)帶、價(jià)帶、禁帶

1、【半導(dǎo)體】（1）導(dǎo)帶導(dǎo)帶conductionbA解釋導(dǎo)帶是由自由電子形成的能量空間。即固體結(jié)構(gòu)內(nèi)自由運(yùn)動的電子所具有的能量范圍。對于金屬，所有價(jià)電子所處的能帶就是導(dǎo)帶。對于半導(dǎo)體，所有價(jià)電子所處的能帶是所謂價(jià)帶，比價(jià)帶能量更高的能帶是導(dǎo)帶。在絕對零度溫度下，半導(dǎo)體的價(jià)帶(valenceb)是滿帶(見能帶理論)，受到光電注入或熱激發(fā)后，價(jià)帶中的部分電子會越過禁帶(fbiddenbbgap)進(jìn)入能量較高的空帶，空帶中存在電子后即成為導(dǎo)電的能

2、帶——導(dǎo)帶。B導(dǎo)帶的涵義：導(dǎo)帶是半導(dǎo)體最外面（能量最高）的一個(gè)能帶，是由許多準(zhǔn)連續(xù)的能級組成的；是半導(dǎo)體的一種載流子——自由電子（簡稱為電子）所處的能量范圍。導(dǎo)帶中往往只有少量的電子，大多數(shù)狀態(tài)（能級）是空著的，則在外加作用下能夠發(fā)生狀態(tài)的改變，故導(dǎo)帶中的電子能夠?qū)щ?，即為載流子。導(dǎo)帶底是導(dǎo)帶的最低能級，可看成是電子的勢能，通常，電子就處于導(dǎo)帶底附近；離開導(dǎo)帶底的能量高度，則可看成是電子的動能。當(dāng)有外場作用到半導(dǎo)體兩端時(shí)，電子的勢能即發(fā)

3、生變化，從而在能帶圖上就表現(xiàn)出導(dǎo)帶底發(fā)生傾斜；反過來，凡是能帶發(fā)生傾斜的區(qū)域，就必然存在電場（外電場或者內(nèi)建電場）。導(dǎo)帶底到真空中自由電子能級的間距，稱為半導(dǎo)體的親和能，即是把一個(gè)電子載流子從半導(dǎo)體內(nèi)部拿到真空中去所需要的能量。這是半導(dǎo)體的一個(gè)特征參量。（2）價(jià)帶與禁帶價(jià)帶與禁帶價(jià)帶（valenceb）或稱價(jià)電帶，通常是指半導(dǎo)體或絕緣體中，在0K時(shí)能被電子占滿的最高能帶。對半導(dǎo)體而言，此能帶中的能級基本上是連續(xù)的。全充滿的能帶中的電子不

4、能在固體中自由運(yùn)動。但若該電子受到光照，它可吸收足夠能量而跳入下一個(gè)容許的最高能區(qū)，從而使價(jià)帶變成部分充填，此時(shí)價(jià)帶中留下的電子可在固體中自由運(yùn)動。價(jià)帶中電子的自由運(yùn)動對于與晶體管有關(guān)的現(xiàn)象是很重要的。被價(jià)電子占據(jù)的允帶（低溫下通常被價(jià)電子占滿）。禁帶，英文名為：FbiddenB在能帶結(jié)構(gòu)中能態(tài)密度[1]為零的能量區(qū)間。常用來表示價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能態(tài)密度為零的能量區(qū)間。禁帶寬度的大小決定了材料是具有半導(dǎo)體性質(zhì)還是具有絕緣體性質(zhì)。半導(dǎo)體的

5、禁帶寬度較理論應(yīng)用對一個(gè)本征半導(dǎo)體（intrinsicsemiconduct）而言，其導(dǎo)電性與能隙的大小有關(guān)，只有獲得足夠能量的電子才能從價(jià)帶被激發(fā)，跨過能隙并躍遷至傳導(dǎo)帶。利用費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)（FermiDiracStatistics）可以得到電子占據(jù)某個(gè)能階（energystate）E0的機(jī)率。又假設(shè)E0EF，EF是所謂的費(fèi)米能階（Fermilevel），電子占據(jù)E0的機(jī)率可以利用波茲曼近似簡化為：在上式中，Eg是能隙的寬度、k是波茲

6、曼常數(shù)（BoltzmannsConstant），而T則是溫度。半導(dǎo)體材料的能隙可以利用一些工程手法加以調(diào)整，特別是在化合物半導(dǎo)體中，例如控制砷化鎵鋁（AlGaAs）或砷化鎵銦（InGaAs）各種元素間的比例，或是利用如分子束磊晶（MolecularBeamEpitaxyMBE）成長出多層的磊晶材料。這類半導(dǎo)體材料在高速半導(dǎo)體元件或是光電元件，如異質(zhì)接面雙載子晶體管（HeterojunctionBipolarTransistHBT）、雷射

7、二極管，或是太陽能電池上已經(jīng)成為主流。固體的能帶固體的導(dǎo)電性能由其能帶結(jié)構(gòu)決定。對一價(jià)金屬，價(jià)帶是未滿帶，故能導(dǎo)電。對二價(jià)金屬，價(jià)帶是滿帶，但禁帶寬度為零，價(jià)帶與較高的空帶相交疊，滿帶中的電子能占據(jù)空帶，因而也能導(dǎo)電，絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)相似，價(jià)帶為滿帶，價(jià)帶與空帶間存在禁帶。無機(jī)半導(dǎo)體的禁帶寬度從0.1～2.0eV，ππ共軛聚合物的能帶隙大致在1.4～4.2eV絕緣體的禁帶寬度大于4.5eV。在任何溫度下，由于熱運(yùn)動，滿帶中的電子

8、總會有一些具有足夠的能量激發(fā)到空帶中，使之成為導(dǎo)帶。由于絕緣體的禁帶寬度較大，常溫下從滿帶激發(fā)到空帶的電子數(shù)微不足道，宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)電性能差。半導(dǎo)體的禁帶寬度較小，滿帶中的電子只需較小能量就能激發(fā)到空帶中，宏觀上表現(xiàn)為有較大的電導(dǎo)率。能帶理論在闡明電子在晶格中的運(yùn)動規(guī)律、固體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、合金的某些性質(zhì)和金屬的結(jié)合能等方面取得了重大成就，但它畢竟是一種近似理論，存在一定的局限性。例如某些晶體的導(dǎo)電性不能用能帶理論解釋，即電子共有化模型和單