3半导体的能带结构 下面我们用能级的概念进一步说明半导体的导电机理。 固体的能带结构是表示固体中电子能量分布方式的一种简便方法。前面讲过，在简单 的玻尔原子模型中，绕原子核旋转的电子被限制在分立的能级上。它们各有各的轨道。除 非原子被激发，否则电子都占据着较低的能级。对于固体来说，与气体、液体不同，它的 原子靠得很近，由于量子作用的结果，单个原子的分立能级扩展成近于连续的能带。这些 能带被电子的禁带隔开。所谓禁带，就是禁止电子存在的地带。虽然这些能带看起来是连 续的，但详细研究表明，其能级仍是分开的，不过能量间隔很小，只有10“电子伏特。最 高的能带是完全充满的，称为价带或满带：下一个较高的能带，不管是占据还是未占据有 电子，都称为导带，只有导带中的电子对材料的导电率才有贡献。 如图6-3所示，A是导电体的能带结构，其特征是导带内没有被电子全部占满，并且 禁带很窄，所以各能级上的电子在电场作用下，可以发生跃过禁带的跃迁。绝缘体是指在 电场作用下不能发生电子定向运动（电流）的物体，如B所示，它的电子列好占满了价带中 的全部能级，导带是空的，禁带很宽，价电子不可能获得足够的能量升到导带中去。半导 体介于导体和绝缘体之间，禁带较窄，在室温条件下，某些价电子就能获得足够的能量， 跃过禁带到达导带，这些电子原来占据的位置成了正电荷，称空穴，在存在电场时，空穴 会像电子一样流过材料，而与电子流动的方向相反，如C所示，根据半导体中有无杂质， 可将其分成本征半导体（无杂质）和非本征半导体（有杂质）。 导带（空白） 。g。。 禁带 禁带 量价满的价指的 A导电体 B电绝缘体 导带 导带 导带 禁带 馆 能生能 量价带 量‘.‘价带 量.‘·价带 C本征半导体 D E非 图6-3固体能带示意图 光电导：在入射光子的能量大于禁带宽度E这个条件下，用辐射照射半导体产生截流 子，从而增加半导体的导电率的过程，称为光电导，hⅴ≥E。根据电磁辐射理论，产生光 电导的辐射存在一个波长界限（截止波长）为入c≤1.24/E。式中E用电子伏特表示，Xc 4 3 半导体的能带结构 下面我们用能级的概念进一步说明半导体的导电机理。 固体的能带结构是表示固体中电子能量分布方式的一种简便方法。前面讲过，在简单 的玻尔原子模型中，绕原子核旋转的电子被限制在分立的能级上。它们各有各的轨道。除 非原子被激发，否则电子都占据着较低的能级。对于固体来说，与气体、液体不同，它的 原子靠得很近，由于量子作用的结果，单个原子的分立能级扩展成近于连续的能带。这些 能带被电子的禁带隔开。所谓禁带，就是禁止电子存在的地带。虽然这些能带看起来是连 续的，但详细研究表明，其能级仍是分开的，不过能量间隔很小，只有 10－14 电子伏特。最 高的能带是完全充满的，称为价带或满带；下一个较高的能带，不管是占据还是未占据有 电子，都称为导带，只有导带中的电子对材料的导电率才有贡献。 如图６-３所示，Ａ是导电体的能带结构，其特征是导带内没有被电子全部占满，并且 禁带很窄，所以各能级上的电子在电场作用下，可以发生跃过禁带的跃迁。绝缘体是指在 电场作用下不能发生电子定向运动(电流)的物体，如Ｂ所示，它的电子刚好占满了价带中 的全部能级，导带是空的，禁带很宽，价电子不可能获得足够的能量升到导带中去。半导 体介于导体和绝缘体之间，禁带较窄，在室温条件下，某些价电子就能获得足够的能量， 跃过禁带到达导带，这些电子原来占据的位置成了正电荷，称空穴，在存在电场时，空穴 会像电子一样流过材料，而与电子流动的方向相反，如Ｃ所示，根据半导体中有无杂质， 可将其分成本征半导体(无杂质)和非本征半导体(有杂质)。 图 6-3 固体能带示意图 光电导：在入射光子的能量大于禁带宽度 E 这个条件下，用辐射照射半导体产生截流 子，从而增加半导体的导电率的过程，称为光电导，hν≥Ｅ。根据电磁辐射理论，产生光 电导的辐射存在一个波长界限(截止波长)为λc≤１.24／Ｅ。式中Ｅ用电子伏特表示，λc