2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体和绝缘体

半导体和绝缘体 —— 周期性势场的影响使得电子的能级 形成一系列的准连续的能带 —— N个电子填充这些能带中最低的N个状态 半导体和绝缘体 —— 电子刚好填满最低的一系列能带，形成满带 导带中没有电子 —— 半导体带隙宽度较小 ~ 1 eV —— 绝缘体带隙宽度较宽 ~ 10 eV 2 费米面 —— 固体中有N个自由电子 按照泡利原理它们基态 —— N个电子由低到高填充的N个量子态 电子的能级 —— 电子填充k空间半径为kF的球 —— 球内的状态数 3 —— 球内的状态数 球的半径 电子密度 4 费米波矢 费米动量 费米速度 费米温度 费米能量 费米球半径 费米动量 费米速度 费米温度 5 —— 自由电子球半径 —— 电子密度 —— 费米半径 —— 费米速度 6 —— 费米半径 —— 费米能量 7 —— 晶体中的电子 满带 —— 电子占据了一个能带中所有的状态 空带 —— 没有任何电子占据(填充)的能带 导带 —— 一个能带中所有的状态没有被电子占满 即不满带，或说最下面的一个空带 价带 —— 导带以下的第一个满带 禁带 —— 两个能带之间不允许存在的能级宽度 8 金属 —— 电子除了填满一系列的能带形成满带 还有部分电子填充其它能带形成导带 —— 电子填充的最高能级为费密能级 位于一个或几个能带范围内 —— 在不同能带中 形成一个占有电子与不占有电子区域的分解面 —— 面的集合称为费密面 9 金属___半导体___绝缘体的能带 10 碱金属 —— 体心立方格子，一个原胞有1个原子 n＝2的能级 —— 原子的量子态数为8，电子填充数为8个 —— 晶体中相应的能带2s___1个、2p___3个，共4个能带 —— N个原子构成的晶体 各满层电子能级相应分成2N个量子态的能带 内层电子刚好填满了相应的能带 —— 每个能带所容许的量子态2N ____ 8N个量子态 可以填充8N个电子 11 碱金属 —— 体心立方格子，一个原胞有1个原子 —— ns态所对应的能带可以填充2N电子 —— N个电子只填充了半个布里渊区 费密球与布里渊区边界不相交 —— 费米面接近球面 —— N个自由电子，只填充了半个能带而形成导带 12 $