导带与价带的关系

定义

导带(conduction band)就是由自由电子形成的能量空间。即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。对于金属,所有价电子所处的能带就就是导带。对于半导体,所有价电子所处的能带就是所谓价带,比价带能量更高的能带就是导带。在绝对零度温度下,半导体的价带(valence band)就是满带(见能带理论),受到光电注入或热激发后,价带中的部分电子会越过禁带(forbidden band/band gap)进入能量较高的空带,空带中存在电子后即成为导电的能带——导带。

导带就是半导体最外面(能量最高)的一个能带,就是由许多准连续的能级组成的;就是半导体的一种载流子——自由电子(简称为电子)所处的能量范围。导带中往往只有少量的电子,大多数状态(能级)就是空着的,则在外加作用下能够发生状态的改变,故导带中的电子能够导电,即为载流子。

导带底就是导带的最低能级,可瞧成就是电子的势能,通常,电子就处于导带底附近;离开导带底的能量高度,则可瞧成就是电子的动能。当有外场作用到半导体两端时,电子的势能即发生变化,从而在能带图上就表现出导带底发生倾斜;反过来,凡就是能带发生倾斜的区域,就必然存在电场(外电场或者内建电场)。

导带底到真空中自由电子能级的间距,称为半导体的亲与能,即就是把一个电子载流子从半导体内部拿到真空中去所需要的能量。这就是半导体的一个特征参量。

导带与价带的关系

对于未掺杂的本征半导体,导带中的电子就是由它下面的一个能带(即价带)中的电子(价电子)跃迁上来而形成的,这种产生电子(同时也产生空穴——半导体的另外一种载流子)的过程,称为本征激发。在本征激发过程中,电子与空穴就是成对产生的,则总就是有“电子浓度=空穴浓度”。这实际上就就是本征半导体的特征,因此可以说,凡就是两种载流子浓度相等的半导体,就就是本征半导体。这就意味着,不仅未掺杂的半导体就是本征半导体,就就是掺杂的半导体,在一定条件下(例如高温下)也可以转变为本征半导体。

价带的能量低于导带,它也就是由许多准连续的能级组成的。但就是价带中的许多电子(价电子)并不能导电,而少量的价电子空位——空穴才能导电,故称空穴就是载流子。空穴的最低能量——势能,也就就是价带顶,通常空穴就处于价带顶附近。

价带顶与导带底之间的能量差,就就是所谓半导体的禁带宽度。这就就是产生本征激发所需要的最小平均能量。这就是半导体最重要的一个特征参量。

对于掺杂半导体,电子与空穴大多数就是由杂质来提供的。能够提供电子的杂质称为施主;能够提供空穴的杂质称为受主。施主的能级处在靠近导带底的禁带中;受主的能级处在靠近价带顶的禁带中。

半导体也就是电中性的,电子与空穴就是一样多的,对p型,由于存在受(电子)主杂质,价带电子被其束缚在价带留下空穴,空穴导电,而成为p型半导体;对n型,由于存在施(电子)主杂质,其电子进入导带,成为主要的导电载体。p型、n型半导体中不论导带、价带都分别有电子与空穴,只就是多少不同