材料的电学性能演示文稿.pptVIP

+ 孤立原子的能级（电子壳层） + + 2 紧束缚近似能带理论 当前第30页\共有61页\编于星期六\7点 + + + + + + + 原子结合成晶体时晶体中电子的共有化运动 当前第31页\共有61页\编于星期六\7点 共有化运动——在晶体结构中，大量的原子按一定的周期有规则的排列在空间构成一定形式的晶格。如果原子是紧密堆积的，原子间间距很小。晶体中原子能级上的电子不完全局限在某一原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，结果电子可以在整个晶体中运动。 电子共有化的原因：电子壳层有一定的交叠，相邻原子最外层交叠最多，内壳层交叠较少。 当前第32页\共有61页\编于星期六\7点 + N个原子逐渐靠近 能带（允带）——固体中若有N个原子，每个原子内的电子有相同的分立的能级，当这N个原子逐渐靠近时，原来束缚在单原子中的电子，不能在一个能级上存在，从而只能分裂成N个非常靠近的能级，因为能量差甚小，可看成能量连续的区域，称为能带。 禁带——允带之间没有能级的带。 当前第33页\共有61页\编于星期六\7点 有关能带被占据情况的几个名词： 价带（满带）： 填满电子的最高允带。 导带：价带以上能量最低的允带。导带中的电子 是自由的，在外电场作用下可以导电。 当前第34页\共有61页\编于星期六\7点 。 3.能带理论对导电现象的解释 （1）满带电子不导电 假设: 电子填充的一维能带(见图) E=0: 满带中均匀分布的量子都被电 子所充填，是对称的能量k图。 E≠0: 各电子均受到相同的电场 力，在电场力的作用下，电子开始加速运动。一个点子离开自己的位置，邻近的电子开始填充的空位上，但由于是满带。 E E=0 k E E ≠ 0 k E E≠0 k 由于满带 当前第35页\共有61页\编于星期六\7点 对于整个满带来说：因为所有的量子态都被填充，外电场作用下，总的电流为0 k状态的电子电流密度：j=e×v(k) -k状态的电子电流密度：j=e×v(-k) k和－k态：电子具有大小相同但方向相反的速度 当前第36页\共有61页\编于星期六\7点 如果导带中有电子, E=0，能量图中，电子的K态是对称的。 E≠0，电场作用下，电子迁移，最终形成不对称的电子能量k图 E k k E k E E=0 E≠0 因此只有不是满带（导带）中的电子才能在电场作用下导电 当前第37页\共有61页\编于星期六\7点 （2） 导体、半导体和绝缘体 它们的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同。 固体按导电性能的高低可以分为 导体 半导体 绝缘体 当前第38页\共有61页\编于星期六\7点 导体能带结构 ?Eg 价带 导带 价带 导带 价带 导带 导带部分填满 没有禁带 导带价带重叠 导体 当前第39页\共有61页\编于星期六\7点 在外电场的作用下，大量共有化电子很 易获得能量，集体定向流动形成电流。 从能带图上来看，是因为其共有化电子很易从低 能级跃迁到高能级上去。 E 导体 当前第40页\共有61页\编于星期六\7点 电子完全占满价带。导带是空的。 满带与空带之间有一个较宽的禁带 热能或外加电场，不足以使共有化 电子从低能级（满带）跃迁到高能 级导带上去。所以不能形成电流。。 绝缘体能带结构 ?Eg 价带 导带 绝缘体 当前第41页\共有61页\编于星期六\7点 半导体 半导体能带结构 ?Eg 价带 导带 T=0K，电子完全占满价带。导带是空的。具有绝缘体的特征。 禁带宽度很窄，当外界条件变化时（如光照、温度变化），价带中的电子跃迁到导带上去，同时在价带中出现等量的空穴，在电场作用下电子和空穴都能参与导电。 当前第42页\共有61页\编于星期六\7点 量子自由电子理论： 经典电子理论： n：单位体积内的电子数； me : 电子质量； l: 电子的平均自由程； : 电子的平均速度。 nef：单位体积内参与导电的电子数； lF:费米能级附近电子的平均自由程； vF:费米能级附近电子的平均速度。 （3）能带理论电导率 能带理论： ：电子的有效质量 当前第43页\共有61页\编于星期六\7点 （1）晶体中电子的加速度： 在外加电场作用下，晶体材料中电子受到周期性势场和外加电场的作用 外加电场作用下，电场力使电子产生加速度。从而形成电流 电子所受外力与加速度的关系与牛顿第二运动定律类似， 不同的是用电子有效质量me*代替惯性质量me