绝缘体

固体导电原理下为啥导体绝缘体半导

发布时间:2022/9/28 21:22:49   
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在前面两节的知识中,我们知道了:当大量的原子组合成晶体时,因为彼此靠得非常近,互相影响,导致原子的每一个能级都分裂成了一条对应的能带,使得晶体中的电子相比于孤立原子状态时,其可存在的能量范围得到了大大的拓展。如下图1中所示的钠晶体:在晶体中,同一条能带中的各能级的能量值可以看作是半连续分布,电子可在其上半自由地跃迁移动;而能带与能带之间,尽管时常有“禁带”存在,但电子在不同能带之间的跃迁,相比于在孤立原子中的能级之间的跃迁,条件却也宽松了很多。

正如图1标题所述:晶体中的电子,只需要吸收到一个足够大的的能量值(此能量值并不需要很精准)以跨越禁带,便可以实现能带之间的跃迁了。

从本话题(中)节所介绍的知识中,我们还可了解到:晶体的导电能力与晶体的“能带”是密切相关的。上图1中的右图所展示的是钠晶格的“能带结构简图”,完整的“能带结构图”还应该体现出每一条能带的电子填充状态(是“满带”、空带、还是“未满带”?)!只有将晶格中的各能带、各能带上的电子填充状态、能带与能带之间有没有禁带、以及禁区宽度等信息全部体现出来,才算是一个完整的能带结构图。下图2中,我们将补充进钠晶格的各能带的电子填充状态,以进一步阐明能带结构中的哪些能带是分析晶体导电能力的关键所在:

如上图2中所示,在晶格的能带结构当中,并不是每条能带都与晶体的导电性能紧密相关的。关于这一点,可将晶体中的能带分为低能带、高能带和空能带,逐类分析:

①位于低能带上的(原子里层)电子,共有化程度低,难以实现物理空间的转移,且根据能量最低原理,晶体中的低能带早已优先填满电子(为满带),受泡利不相容原理的限制,满带本身是不能导电的。所以低能带与晶体的导电能力关系不大!

②位于高能带上的(原子外层)电子,共有化程度高,容易从一个原子跃迁到到另外一个原子之中,具备参与导电的潜能;若此高能带刚好又是未满带,便无需受泡利不相容原理的限制,在电场作用下,即可形成电流。一个晶体中只要有一条能带能形成电流,此晶体就是可以导电的;所以我们想弄清楚某种晶体能否导电,就只需重点

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