晶体中电子的能量由一系列能带描述的结论是如何做出的? 晶体中的电子能级为什么会分裂形成能带

作者&投稿:赧荀 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
半导体能带理论分析半导体能带理论,必须从能级,能带,禁带,价带,导带开始.因此分析如下:能级(Enegy Level):在孤立原子中,原子核外的电子按照一定的壳层排列,每一壳层容纳一定数量的电子.每个壳层上的电子具有分立的能量值,也就是电子按能级分布.为简明起见,在表示能量高低的图上,用一条条高低不同的水平线表示电子的能级,此图称为电子能级图.能带(Enegy Band):晶体中大量的原子集合在一起,而且原子之间距离很近,以硅为例,每立方厘米的体积内有5×1022个原子,原子之间的最短距离为0.235nm.致使离原子核较远的壳层发生交叠,壳层交叠使电子不再局限于某个原子上,有可能转移到相邻原子的相似壳层上去,也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去,这种现象称为电子的共有化.从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异,与此相对应的能级扩展为能带.禁带(Forbidden Band):允许被电子占据的能带称为允许带,允许带之间的范围是不允许电子占据的,此范围称为禁带.原子壳层中的内层允许带总是被电子先占满,然后再占据能量更高的外面一层的允许带.被电子占满的允许带称为满带,每一个能级上都没有电子的能带称为空带.价带(Valence Band):原子中最外层的电子称为价电子,与价电带.导带(Conduction Band):价带以上能量最低的允许带称为导带.导带的底能级表示为Ec,价带的顶能级表示为Ev,Ec与Ev之间的能量间隔称为禁带Eg.半导体的导电作用是通过带电粒子的运动(形成电流)来实现的,这种电流的载体称为载流子.半导体中的载流子是带负电的电子和带正电的空穴.对于不同的材料,禁带宽度不同,导带中电子的数目也不同,从而有不同的导电性.例如,绝缘材料SiO2的Eg约为5.2eV,导带中电子极少,所以导电性不好,电阻率大于1012Ω·cm.半导体Si的Eg约为1.1eV,导带中有一定数目的电子,从而有一定的导电性,电阻率为10-3—1012Ω·cm.金属的导带与价带有一定程度的重合,Eg=0,价电子可以在金属中自由运动,所以导电性好,电阻率为10-6—10-3Ω·cm.

何谓准自由电子?2,晶体中电子的速度是怎样描述的~

准自由电子,主要指在晶体周期性结构在价层处产生的共轭离域轨道(能带)上的电子,由于电子可以在整个晶体上活动,但又区别于自由电子,因此称为准自由电子,电子的速度大小是恒定的,它是通过相对论效应得到的。
自由电子是不受到任何作用控制的电子,在晶体场中,常常把价层电子看做准自由电子,这是一种近似,因为电子仍然在固定的轨道上,即受到原子核的吸引。价层电子由于内核电子的屏蔽作用,受到原子核的势能已经很小,所以类似于自由电子。电子的速度是一定的,不同的只是速度的方向,即速度是一个矢量。
由于电子受到核势能,势必会发生速度方向的偏转,造成一定方向上动能的损失,也就是电子能量的损失,内核的电子偏转的最多因此能量也最低,理论上距离原子核无限远处的电子的能量都是恒定的,这也就是自由电子的概念了
这样解释够清楚了吧,

  能带理论跟之前的比较具象的电子移动的理论根本不同吧,何来“什么形状”之说?能带本质是能级的重叠,能级还有形状吗?具体来说:
1、内部电子应该不会分裂成能带,因为能带理论是用来解释导电性等物理特性的理论,参与讨论的必须是价电子、以及受激电子,内部电子一般不考虑,所以不存在会不会分裂成能带的问题;
2、按照理论来说,应该是N越大,能带就越宽,也就是处于成键轨道和反键轨道的电子越多,但是此事应该以事实为基础,理论不见得正确,有可能观察到的现象并不是这样;
3、这个我不敢确定,硅的1S和2P?这个不是价电子啊.硅的3S能带全满,3P能带不满也不空,硅半导体的禁带能量不大,电子可从价带跃迁到导带.至于1S和2P的能级分裂,恕在下无能为力;
4、两个硅原子?能带理论针对的是大量的原子,只有大量原子的轨道重叠才能形成类似一条连续的能量带一样的“能带”,讨论两个硅原子似乎没什么意义,不过大约就是金属分子轨道理论里一样,轨道简并就好,但是应该不能称为“能带”.

能带理论是什么?
答:1、描述电子能级分布:能带理论描述了固体中电子能级的分布情况。根据固体晶格结构和电子间相互作用,能带理论将电子能级分布在一系列能带中。2、解释导电性质:能带理论可以解释固体的导电性质。在导体中,导带中存在大量的自由电子,使得固体具有良好的导电性能。在绝缘体中,导带与价带之间存在较大的能隙,...

能带理论1——能带理论简介
答:从孤立原子的分立能级出发,多原子系统中的电子能级会分裂,形成连续的能带结构,即导带、价带和禁带。导带,特别是金属中的价电子,构成了自由电子的运动空间。在半导体中,价带通常满载,但光电效应或热激发可使电子跃迁至导带,形成导电载流子。掺杂半导体中的电子和空穴主要由杂质提供,如施主提供电子、受...

能带理论简介
答:更深入地,共有化电子的运动状态被描述为本征态波函数,这种波函数以Bloch函数的形式出现。这种函数揭示了电子能量的分布特性。在能带理论中,能量并不是离散的,而是由一系列准连续的能级构成的能带。这意味着电子的能量并非集中在特定的点,而是分布在一系列的能级区间内,形成了连续的能量分布带。

能带的基本介绍
答:能带理论由定性发展为一门定量的精确科学。晶体中电子所能具有的能量范围,在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能量值。能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级(彼此相隔很近)形成一条带,称为能带。各种晶体能带数目及其宽度等都不相同。相邻两能带间的能量范围称为“能...

什么是能带?
答:能带可以分成价带和导带。 价带是指基态下晶体未被激发的电子所具有的能量水平,或者说在正常状态下电子占据价带。 导带对应于激发态下晶体中被激发电子所具有的能量水平。被激发的电子占据导带,可以在晶体内自由流动成为自由电子。 在价带和导带之间还存在一个禁带。导带与价带 价带的能量低于导带,它也是...

能带结构
答:探索电子世界的奇妙结构:能带与狄拉克锥的奥秘 在固体物理学的瑰宝中,电子的能量舞蹈遵循着一套精致的结构规则,这就是我们所说的能带理论。这个理论如同乐谱上的音符,决定了材料的音乐性质——金属、半导体还是绝缘体的和谐交响。能带,这一关键概念将电子的能量划分为三个关键区域:价带、导带和带隙。

为什么电子在不同能带能量不同
答:电子绕原子核高速运动,电子能量的不同是与离核远近有关的,离核越近就要有更高的旋转速度来提供向心力,所以它具有的能量就越高,这是最直接的原因,至于电子的质量都是相差无几的,而且极小,不用考虑!

晶体中电子的运动状态和相应的能量谱值
答:在晶体中,电子的能量谱值是非常重要的一个概念,它可以用来描述电子状态的稳定性和运动的特性。在晶体中,电子的能量可以分为离散能级和连续能带两种。离散能级是指电子在晶格结构中存在的稳定状态,它们具有特定的能量值和波函数,不同的能量级别之间是存在间隔的。而连续能带则是指那些电子能量在一定范围...

能带的结构简介
答:能带结构可以解释固体中导体、半导体、绝缘体三大类区别的由来。材料的导电性是由“传导带”中含有的电子数量决定。当电子从“价带”获得能量而跳跃至“传导带”时,电子就可以在带间任意移动而导电。一般常见的金属材料,因为其传导带与价带之间的“能隙”非常小,在室温下 电子很容易获得能量而跳跃至...

能带结构图怎么理解?
答:固体计算最终结果将以能带结构展示出来,关于能带结构,固体中化学键分析,轨道之间的相互作用的解释等是一个复杂的过程,这里只是简单的根据本人的经验对此作定性的描述. 根据Fermi面附近能带的分布情况,固体分为绝缘体(insulator),半导体(semi-conductor),导体(conductor),导体比较典型的是金属,能带在Fermi面附近是连续分布...