根据Neil Bohr的原子结构理论,所有原子被发现在中央核周围具有离散的能量水平(在物品中可以找到更多信息“原子能水平”)。现在考虑这样一种情况:两个或多个这样的原子彼此靠近。在这种情况下,它们的离散能级结构转化为能带结构。也就是说,在离散能级的位置,我们可以找到离散能带。这种现象形成的原因晶体中的能量带是原子之间的相互作用,是电磁力作用的结果。
图1示出了这种能带的典型布置。这里可以认为能量带1类似于能量水平e1能带2到能级E2等等等等。
这相当于说,在相互作用的原子的原子核附近的电子构成能带1,而在它们相应的外层轨道上的电子导致更高的能带。
实际上,这些乐队中的每一个都构成了非常紧密间隔的多个能量水平。
从图,很明显,出现在一个特定的能量水平能带随能带的增加被认为是即第三能带比第二个更广泛,然而看作是更广泛的与第一个相比。接下来,这些带之间的空间被称为禁带或带隙(图1)。此外,晶体内的所有电子被迫出现在任何一个能带。这意味着电子不能在能带带隙区域找到。
能带类型
晶体中的能带可以是各种类型的。由于它们被称为空能带,其中一些将是完全空的,而其中几个将被完全填充并且因此被命名为填充的能量带。通常,填充的能带将是较近的较低的能量水平,其靠近原子的核,并且没有自由的电子,其意味着它们不能导致传导。还存在另一组能带可以是称为混合能带的空和填充能带的组合。
然而在电子学领域,人们对传导机理特别感兴趣。因此,在这里,两个能带变得非常重要。这些都是
价带
这个能带由价电子(原子最外层轨道上的电子)组成,可以被完全或部分填满。在室温下,这是由电子组成的最高能带。
导带
最低的能源乐队在室温下通常不被电子占据的带称为传导带。这个能带由不受原子核吸引力的电子组成。
通常,价频带是与导通带相比具有较低能量的带,因此在能量带图中的导通带下方找到(图2)。价带中的电子松散地绑定到原子的核,当材料激发时跳进导通带(例如,热)。
能带的重要性
众所周知,只有存在于材料中的自由电子才能使其导电。这一事实可以用能带理论重新表述为“存在于传导带中的电子是唯一对传导机制有贡献的电子”。因此,我们可以通过查看它们的能带图将这些材料分成不同的类别。
例如,能带图显示价带和导带之间有相当大的重叠(图3a),那么,这意味着材料中有丰富的自由电子,因此它可以被认为是好的导体电,即金属。
另一方面,如果我们有能源乐队图中价态和导带之间有一个巨大的缺口(图3b),这意味着需要向材料提供大量的能量才能得到填充的导带。有时,这可能是艰难的,有时甚至是不可能的。这就会使导电带中缺少电子,从而导致材料不能导电。因此,这类材料将是绝缘体.
现在,让我们假设我们有一种材料,它在价带和导带之间显示了轻微的分离,如图3c所示。在这种情况下,我们可以通过提供少量的能量使价带中的电子占据导带。这意味着,虽然这些材料通常是绝缘体,但它们可以通过外部激励转化为导体。因此这些材料被称为半导体.