5.1 固体的能带固体的能带 一一. 电子共有化电子共有化第第5章章 固体能带论固体能带论1、晶体的势能、晶体的势能+1（1）单个原子中的势能）单个原子中的势能电子只受一个离子电场的作用，其势能曲线像一个势阱电子只受一个离子电场的作用，其势能曲线像一个势阱2（2)、双原子分子中的势能曲线、双原子分子中的势能曲线两个原子靠得很近，每个价电子同时受到两个离子的作用，两个原子靠得很近，每个价电子同时受到两个离子的作用，其势能曲线中间形成其势能曲线中间形成势垒势垒，这是两个，这是两个势阱叠加势阱叠加的结果。的结果。r r减小，减小，势垒宽度、势垒宽度、势垒高度？势垒高度？3(3)、晶体中周期势场、晶体中周期势场固体具有大量分子、原子或离子有规则排列的点阵结构。固体具有大量分子、原子或离子有规则排列的点阵结构。周期？周期？42、共有化、共有化v处于低能级E1的电子在势谷中，电子势能势垒高度，原来属于某一原子的电子，此时为晶体的几个原子共有，称这些电子是共有化电子。称这种由于晶体原子称这种由于晶体原子周期性周期性排列而使价电子不再排列而使价电子不再为单个原子所有的现象为为单个原子所有的现象为电子的共有化电子的共有化5n注意： （1）共有化是指电子可在不同原子中的相似轨道上转移（2）原子的内层电子是低能级E1上的电子与原子核结合较紧，一般不是共有化电子（3）原子的外层电子是高能级E2上的价电子，势垒穿透概率较大，电子可在整个固体中运动，故称共有化电子6二二. 能带能带(energy band)1 1、形成：由于电子、形成：由于电子共有化共有化，使原子中具有相同能量的电子，使原子中具有相同能量的电子能级因能级因原子相互作用原子相互作用而发生变化，使电子能级分裂，新的能而发生变化，使电子能级分裂，新的能级形成大小一定的一个能量范围级形成大小一定的一个能量范围EE，这个能量范围，这个能量范围叫做能叫做能带带 量子力学计算表明，固体中若有量子力学计算表明，固体中若有N个原子，由于各原个原子，由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的每一个能级子间的相互作用，对应于原来孤立原子的每一个能级,变变成了成了N条靠得很近的能级条靠得很近的能级-能带。能带。7能带的宽度记作能带的宽度记作 E ，数量级为，数量级为 EeV。 若若N1023,则能带中两能级的间距约则能带中两能级的间距约10-23eV。准连续准连续8n一般规律：一般规律： 1. 1. 越是外层电子，越是外层电子，能带越宽，能带越宽， E E 越大越大。2. 2. 点阵间距越小，点阵间距越小，能带越宽，能带越宽， E E 越大越大。 3. 两个能带有可能重叠。两个能带有可能重叠。离子间距离子间距a2P2S1SE0能带重叠示意图能带重叠示意图9n 能带中电子的排布能带中电子的排布 固体中的一个电子只能处在某个能带中的固体中的一个电子只能处在某个能带中的 某一能级上。某一能级上。 排布原则：排布原则： 1. 服从泡里不相容原理（费米子）服从泡里不相容原理（费米子）2. 服从能量最小原理服从能量最小原理10 电子排布时，应从最低的能级排起。电子排布时，应从最低的能级排起。n 有关能带被占据情况的几个名词：有关能带被占据情况的几个名词： 1满带（排满电子）满带（排满电子） 2价带（能带中一部分能级排满电子）价带（能带中一部分能级排满电子） 亦称导带亦称导带 3空带（未排电子）空带（未排电子） 亦称导带亦称导带 4禁带（不能排电子）禁带（不能排电子）2、3能带，最多容纳能带，最多容纳 6N个电子。个电子。例如，例如，1、2能带，最多容纳能带，最多容纳 2N个电子。个电子。11n能带对导电性的影响能带对导电性的影响12n固体的导电性质，主要是能带结构决定，而不是由电子的多少决定。n能带是分析新材料、设计新器件的基础能带工程n能带的概念被推广到固体中光、声的传播三、能带的重要意义三、能带的重要意义13个人观点供参考，欢迎讨论