金属、半导体和绝缘体能带结构区别

金属、半导体与绝缘体得能带结构区别本论文从能带得形成过程与电流得产生机理两方面来说明金属、半导体与绝缘体得能带结构区别。

1、能带（Energy Band）得形成过程
当孤立得原子结合在一起形成固体时，相邻得原子之间会产生各种交互作用，原子之间得排斥力与吸引力最后在一定得原子间距达到平衡．
由量子力学可知，晶体中相同原子孤立存在时，各自得电子波函数没有相互作用，因而各原子可以有完全相同得电子能级结构。

当相同原子相互接近时，其电子波函数便开始重迭．根据量子力学得泡利不相容原理，在一个系统中，不允许有两个电子具有相同得量子状态，因而孤立原子得能级必然产生分裂，这些新产生得分裂能级不再就是某个原于所独有，而就是属于原子共有。

在固体中，大量原子结合在一起，相互极为接近得大量分裂能级最终成为一个连续得能带。

量子力学计算表明，晶体中若有N个原子，由于各原子间得相互作用，对应于原来孤立原子得每一个能级,在晶体中就变成了N条靠得很近得能级,称为能带。

如图1所示：
图1
能带得宽度记作∆E ，数量级为∆E～eV。

若N~1023,则能带中两能级得间距约10-23eV。

能带得一般规律：越就是外层电子，能带越宽，∆E越大；点阵间距越小，能带越宽，∆E越大；两个能带有可能重叠。

如图2所示：
图2
2、电流产生机理
电流得产生要求电子能够在电场得作用下加速移动至新得能量状态，即要求在电子现有能量状态附近必须有空能级。

举例来说，如果一个能带中只有很少几个电子，而有大半得能态就是空得，则电子很容易在能带中由这个能态运动到另一个能态，从而发生电荷得迁移，产生导电行为。

对于金属、绝缘体与半导体来说，因其导电性不同，所以其能带结构也不相同。

在绝缘体结构中0K时“价带”已被全部占据，
导带就是全空得，因而价带中得电子于无法进行电荷运输，因为价带中没有空能级。

导带中虽有空能级但无电子，因而也不可能进行电荷运输；半导体得电子能带结构与绝缘体相仿，但其禁带宽比绝缘体小得多．例如Si为1、1eV，而金刚石为5eV。

这一较小得禁带宽度使价带中得电子能较容易地在热或光得作用下激发到高能带即导带中而起导电作用；金属得能带结构又不同，能带或就是重叠，或就是半填满。

固而在一个能带内总就是既有电子又有空能态，电子在电场作用下便能自曲地运动，从而导致很高得导电性。

如图3所示：
图3。