能帶組態理論是討論晶體（包括金屬、絕緣體和半導體的晶體）中電子的狀態及其運動的一種重要的近似理論。它把晶體中每個電子的運動看成是獨立的在一個等效勢場中的運動，即是單電子近似的理論；對於晶體中的價電子而言，等效勢場包括原子實的勢場、其他價電子的平均勢場和考慮電子波函式反對稱而帶來交換作用，是一種晶體周期性的勢場。
基本介紹
- 中文名：能帶組態
- 外文名：band configuration
- 屬性：對晶體結構的狀態討論
- 領域：微電子技術
概述,理論意義,原理,固體能帶,局限性,
概述
能帶組態就是認為晶體中的電子是在整個晶體內運動的共有化電子，並且共有化電子是在晶體周期性的勢場中運動；結果得到：共有化電子的本徵態波函式是Bloch函式形式，能量是由準連續能級構成的許多能帶。
理論意義
能帶組態是現代固體電子技術的理論基礎，對於微電子技術的發展起了不可估量的作用。
能帶組態研究固體中電子運動規律的一種近似理論。固體由原子組成，原子又包括原子核和最外層電子，它們均處於不斷的運動狀態。為使問題簡化，首先假定固體中的原子核固定不動，並按一定規律作周期性排列，然後進一步認為每個電子都是在固定的原子實周期勢場及其他電子的平均勢場中運動，這就把整個問題簡化成單電子問題。能帶組態就屬這種單電子近似理論，它首先由F.布洛赫和L.-N.布里淵在解決金屬的導電性問題時提出。具體的計算方法有自由電子近似法、緊束縛近似法、正交化平面波法和原胞法等。前兩種方法以量子力學的微擾理論作為基礎，只分別適用於原子實對電子的束縛很弱和很強的兩種極端情形；後兩種方法則適用於較一般的情形，套用較廣。
原理
在固體金屬內部構成其晶格結點上的粒子，是金屬原子或正離子，由於金屬原子的價電子的電離能較低，受外界環境的影響（包括熱效應等），價電子可脫離原子，且不固定在某一離子附近，而可在晶格中自由運動，常稱它們為自由電子。正是這些自由電子將金屬原子及離子聯繫在一起，形成了金屬整體。這種作用力稱為金屬鍵。當然固體金屬也可視為等徑圓球的金屬原子（離子）緊密堆積成晶體。這時原子的配位數可高達8至12。金屬中為數不多的價電子不足以形成如此多的共價鍵。這些價電子只能為整個金屬晶格所共有。所以金屬鍵不同於離子鍵；也不同於共享電子局限在兩個原子間的那種共價鍵（定域鍵）。廣義地說，金屬鍵屬於離域鍵，即共享電子分布在多個原子間的一種鍵，但它是一種特殊的離域鍵，既無方向性，也無飽和性。
固體能帶
固體的能帶的形成是通過原子之間的相互作用實現的。當若干個原子相互靠近時，由於彼此之間的力的作用，原子原有能級發生分裂，由一條變成多條。組成一條能帶的眾多能級間隔很小，故可近似看成連續。
局限性
能帶組態在闡明電子在晶格中的運動規律、固體的導電機構、合金的某些性質和金屬的結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。例如某些晶體的導電性不能用能帶組態解釋，即電子共有化模型和單電子近似不適用於這些晶體。多電子理論建立後，單電子能帶論的結果常作為多電子理論的起點，在解決現代複雜問題時，兩種理論是相輔相成的。
