導帶

導帶

導帶(conduction band)是由自由電子形成的能量空間。即固體結構內自由運動的電子所具有的能量範圍。

基本介紹

  • 中文名:導帶
  • 外文名:conduction band
  • 屬性:由自由電子形成的能量空間
  • 對於金屬:所有價電子所處的能帶就是導帶
定義,導帶與價帶的關係,

定義

導帶(conduction band)是由自由電子形成的能量空間。即固體結構內自由運動的電子所具有的能量範圍。對於金屬,所有價電子所處的能帶就是導帶。對於半導體,所有價電子所處的能帶是所謂價帶,比價帶能量更高的能帶是導帶。在絕對零度溫度下,半導體的價帶(valence band)是滿帶(見能帶理論),受到光電注入或熱激發後,價帶中的部分電子會越過禁帶(forbidden band/band gap)進入能量較高的空帶,空帶中存在電子後即成為導電的能帶——導帶。
導帶是半導體最外面(能量最高)的一個能帶,是由許多準連續的能級組成的;是半導體的一種載流子——自由電子(簡稱為電子)所處的能量範圍。導帶中往往只有少量的電子,大多數狀態(能級)是空著的,則在外加作用下能夠發生狀態的改變,故導帶中的電子能夠導電,即為載流子。
導帶底是導帶的最低能級,可看成是電子的勢能,通常,電子就處於導帶底附近;離開導帶底的能量高度,則可看成是電子的動能。當有外場作用到半導體兩端時,電子的勢能即發生變化,從而在能帶圖上就表現出導帶底發生傾斜;反過來,凡是能帶發生傾斜的區域,就必然存在電場(外電場或者內建電場)。
導帶底到真空中自由電子能級的間距,稱為半導體的親和能,即是把一個電子載流子從半導體內部拿到真空中去所需要的能量。這是半導體的一個特徵參量。

導帶與價帶的關係

對於未摻雜的本徵半導體,導帶中的電子是由它下面的一個能帶(即價帶)中的電子(價電子)躍遷上來而形成的,這種產生電子(同時也產生空穴——半導體的另外一種載流子)的過程,稱為本徵激發。在本徵激發過程中,電子和空穴是成對產生的,則總是有“電子濃度=空穴濃度”。這實際上就是本徵半導體的特徵,因此可以說,凡是兩種載流子濃度相等的半導體,就是本徵半導體。這就意味著,不僅未摻雜的半導體是本徵半導體,就是摻雜的半導體,在一定條件下(例如高溫下)也可以轉變為本徵半導體。
價帶的能量低於導帶,它也是由許多準連續的能級組成的。但是價帶中的許多電子(價電子)並不能導電,而少量的價電子空位——空穴才能導電,故稱空穴是載流子。空穴的最低能量——勢能,也就是價帶頂,通常空穴就處於價帶頂附近。
價帶頂與導帶底之間的能量差,就是所謂半導體的禁頻寬度。這就是產生本徵激發所需要的最小平均能量。這是半導體最重要的一個特徵參量。
對於摻雜半導體,電子和空穴大多數是由雜質來提供的。能夠提供電子的雜質稱為施主;能夠提供空穴的雜質稱為受主。施主的能級處在靠近導帶底的禁帶中;受主的能級處在靠近價帶頂的禁帶中。

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