半导体和绝缘体禁带宽度范围

绝缘体的禁带宽度：绝缘体的禁带宽度比较大（6~7ev），而半导体的禁带宽度通常在1ev左右，例如300K下，Si的Eg 1.12ev，Ge 0.67ev，GaAs 1.43ev,当外界条件变化的时候，里面的电子会获得能量，获得能量之后，满带中少量电子，跃迁到上一个空带的底部附近，所以满带中的电子和原先空带中的少量电子都参与导电，所以常温下具有一定的导电能力，通常把满带中，少量电子跃迁后，剩余的大量电子对电流的贡献，用少量的带正电的准粒子加以等效描述，称为空穴。

ZnS是一种直接带隙的半导体材料，具有闪锌矿和纤锌矿两种结构，禁带宽度为3.6～3.8eV，它具有良好的光电性能，广泛应用于各种光学和光电器件中，如薄膜电致发光显示器件、发光二极管、紫外光探测器件、太阳能电池等。传统的化合物薄膜太阳能电池，一般采用化学浴法制备的CdS薄膜作为缓冲层材料，并且已经获得了较高的电池转换效率。后来人们逐渐意识到CdS是一种对环境和人体有害的材料，要研究制备无污染的太阳能电池就该寻找新的材料作为替代。在以后的研究中人们慢慢发现ZnS是替代CdS的良好的材料。首先，ZnS不含任何有毒元素，满足了人们环保的要求；其次，ZnS(3.6～3.8eV)的禁带宽度比CdS(2.4eV)大得多，用它作缓冲层材料可以使更多的短波区的光照射到吸收层上，有利于获得蓝光区的光谱响应，提高太阳能电池的转换效率。Cu(InGa)Se2／ZnS结构电池转换效率已经达到18.6％，而CuInS2／ZnS结构电池转换效率也已达到了10.7％。（CuInS2是I-III-vI）族化合物中最理想的吸收层材料，其理论光电转换效率为27％--32％）希望你能满意！

固体材料的能带结构由多条能带组成，能带分为传导带（简称导带）、价电带（简称价带）和禁带等，导带和价带间的空隙称为能隙。

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传导带而导电，而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至传导带，所以无法导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电。 所有固体物质都是由原子组成的，而原子则由原子核和电子组成。原子核外的电子在以原子核为中心的圆形轨道上运动，距离原子核越远的轨道其能级（电位能的级别）越高，电子也就越容易脱离原子的束缚，变成可以运动的自由电子。这有点像手上的风筝，放得越高，其运动能量越大，挣脱线的束缚的可能性越大。所以，最外层的电子最活跃，决定了与其他原子结合的方式（化学键），决定了该元素的化学性质，也就决定了该原子的价值，因此被称作为“价电子”。以硅原子为例，其原子核外有14个电子，以“2、8、4”的数量分布在三个轨道上，里面2和8个电子是稳定的，而外部的4个电子状态容易发生变化，因此其物理、化学特性就与它的4个价电子强相关。原子的电子状态决定了物质的导电特性，而能带就是在半导体物理中用来表征电子状态的一个概念。在固体电子学中有一套能带理论，便于研究固体（包括半导体）物质内部微观世界的规律。

当原子处于孤立状态时，其电子能级可以用一根线来表示；当若干原子相互靠近时，能级组成一束线；当大量原子共存于内部结构规律的晶体中时，密集的能级就变成了带状，即能带。能带中的电子按能量从低到高的顺序依次占据能级。下面是绝缘体、半导体和金属导体的能带结构示意图。最下面的是价带，是在存在电子的能带中，能量最高的带；最上面是导带，一般是空着的；价带与导带之间不存在能级的能量范围就叫做禁带，禁带的宽度叫做带隙（能隙）。绝缘体的带隙很宽，电子很难跃迁到导带形成电流，因此绝缘体不导电。金属导体只是价带的下部能级被电子填满，上部可能未满，或者跟导带有一定的重叠区域，电子可以自由运动，即使没有重叠，其带隙也是非常窄的，因此很容易导电。而半导体的带隙宽度介于绝缘体和导体之间，其价带是填满的，导带是空的，如果受热或受到光线、电子射线的照射获得能量，就很容易跃迁到导带中，这就是半导体导电并且其导电性能可被改变的原理。

由于半导体的带隙窄，电子容易发生跃迁，因而导电性能容易发生大的变化；电子状态的变化还可能带来其他效应，比如从高能级到低能级跃迁过程中多余的能量以光子的形式释放，则产生“发光”现象。独特的能带结构，正是半导体具有百变魔力之源。

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