玻尔模型可以很好地描述了孤立原子的离散能级。它能够将氢原子中电子的能量量化为 E_n。量子数“n”越大,产生的负能级少,电子能级就越接近。
能带形成:
当原子像在固体中一样靠近时,由于相邻原子的电子轨道是重叠的,从而使得这些离散能级开始分裂。这种分裂是由于泡利不相容原理所产生的,这一原理指出了没有两个电子可以同时占据相同的量子态。随着更多原子的结合,离散能级的数量也会随之增加,分裂会变得非常精细,以至于形成了一个连续的能带。在某一点(称为原子间的平衡距离)上,这些能带会变成充满电子的价带和在绝对零度下为空的导带。
半导体中的能带:
半导体中的能带结构更复杂,例如硅,硅有 14 个电子。其内部的 10 个电子能够占据深层能级,并且不会参与键合。其余的四个价电子则位于 3s 和 3p 亚壳层中,这决定了材料的化学性质和电学性质。当硅原子形成晶格时,3s 和 3p 亚壳层则会发生重叠并形成能带。在晶体中的平衡距离处,这些能带包含 4N 个价带态和 4N 个导带态,其中 N 是硅原子的数量。
带隙大小是至关重要的,因为它决定了电子被激发进入导带的难易程度。对于半导体来说,这个带隙足够小,热能或光能可以激发电子穿过带隙,从而产生电传导。
来自章节 10:
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