半导体的能带结构求助

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。

这个问题我来，我是微电子专业的。

首先，导带和价带都是能带。那么能带底就包括导带底和价带底，能带顶同理。

导带和价带如图：

Ec就是导带底所处的能级，Ev就是价带顶所处的能级。禁带宽度就是中间的Eg，是不允许电子存在的部分（禁是禁止之意）。

首先,电子在半导体中的能级是准连续的,可以近似认为是一簇一簇距离非常近的能级构成--这每一簇能级就是能带,能带和能带之间是有相对较大的能量差的,之间这段距离称为能隙（禁带）.而电子在金属中的能带结构简单,可以认为是一个能级（但和真空中电子能级有差距,后面会讲）如果你问金属中的电子能否与半导体中的空穴复合,这就涉及到MS接触,就是金属和半岛体接触；（PN结原理不知你知不知道,那是半导体与半导体之间的接触,这里是金属和半导体接触）. 简单来讲,金属内的电子所含有的能量（所处能级记为Ef--就是费米能级,即大多数电子所处的能级）小于金属表面（近似于真空的电子能级E0）,我们称电子从金属内部逸出到表面所需要的能量为功函数Wm=E0-Efm（m代表金属）半导体的能带结构,如果你有所了解的话,会知道在电子（空穴）所处能级是费米能级Ef,导带底能级为Ec,价带顶为Ev；这个不明白也没关系,你就想像费米能级夹在他们两个能级之间,这是大多数电子所处的能级.记半导体电子逸出到表面所需的能量Ws=E0-Efs（s代表半导体）当接触时（忽略M,S间的间隙）,{注意：不同类型的半导体能带结构不同,所以引起的效果也不同},以n型半导体和金属接触为例（假设Wm>Ws）,接触后电子系统统一,即两部分费米能级持平；（不清楚可以自己画画关系,要不就接本半导体物理看看）又由于Wm>Ws,所以Efs>Efm,即电子易从半导体流向金属,使半导体表面带正电（因为原来是中性的,现在带负电的电子走了一部分）,金属表面带负电. 如果像你所说到的问题中,带有空穴的半导体（空穴为多子）--P型半导体,和金属接触时（先假设WmWs的话,情形相反,半导体价带顶和导带底在接触处向上弯曲,形成反阻挡层,即电子易从金属进入半导体,而空穴不容易从半导体进入金属,这样电子和空穴会在半导体表面进行复合. 至于Wm和Ws的关系如何,这和不同金属元素和半导体掺杂有关. 但应注意的是,如果半岛体表面态密度很大,它可以屏蔽金属接触的影响,即半导体和金属接触时的势垒高度和金属功函数Wm几乎无关,而仅由半导体的表面性质所决定.这个你要想深入了解就自己看书吧. 至于补充问题,当电子在不同能带上迁移时,必须有足够的能量让他跨越禁带的势垒.即使在不同能级间跃迁时也要提供或释放能量. 在半导体器件实现上,一般这些能量都是由外电压提供.

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