2022-2023学年高二物理竞赛课件：导体和绝缘体

导体和绝缘体 导体和绝缘体 1 .导体的能带 导体的能带特点：都具有一个未被电子填满的能带。 在外电场作用下,这些能带中的电子很容易从一个能级跃入另一个能级,从而形成电流,所以导体显示出很强的导电能力。 禁带 价带 满带 空带 满带 空带 价带 满带 一个好的金属导体，它最上面的能带或是未被电子填满，或虽被填满但填满的能带却与空带相重叠。 禁带 空带 满带 半导体能带 禁带 空带 满带 绝缘体能带 2.半导体和绝缘体(电介质)的能带 从能带上看，半导体和绝缘体的能带没有本质区别：都具有填满电子的满带和隔离满带与空带的禁带。不同的是，半导体的禁带较窄，而绝缘体的禁带较宽。 电子导电——半导体的载流子是电子 空穴导电——半导体的载流子是空穴 本征半导体 由前可知，半导体禁带宽度较窄,通常温度下，满带的电子可能受激进入空带。进入空带的电子和留在满带中的空穴在外电场作用下都可导电。这种导电称为本征导电。具有本征导电的半导体，称为本征半导体。参与导电的电子和空穴统称本征载流子。 杂质半导体 在纯净的半导体里,可以用扩散的方法掺入少量其他元素的原子(称为杂质),掺有杂质的半导体称为杂质半导体。杂质半导体的导电性能较之本征半导体有很大的改变。 Si Si Si Si Si Si Si P n 型半导体 在四价元素中掺入少量五价元素，形成n型半导体。 四价元素中掺入五价元素后，其中四个电子可以和邻近的硅或锗原子形成共价健，多余的一个电子形成自由电子。 施主能级与导带底部之间的能量差值很小，通常温度下,施主能级中的电子很容易被激发而跃迁到导带去。 大量自由电子的存在大大提高了半导体的导电性能。 施主—不断向空带输送电子。容易看出，n型半导体的多数载流子是电子。 理论计算表明, n型半导体多余的这个价电子的能级在禁带中,并靠近导带的边缘，称为施主能级,如图所示。 导带 施主能级 满带 negative chage 负电荷 Si Si Si Si Si Si Si p型半导体 在四价元素中掺入少量三价元素，形成 p型半导体。 B 这种杂质原子在代替晶体中硅或锗原子而构成共价健结构时，将缺少一个电子，相当于增加了可供电子填空的空穴。 导带 受主能级 满带 这种空穴的能级出现在禁带中,并且靠近满带,称为受主能级，如图所示。 受主—收容从满带跃迁来的电子。 容易看出，p型半导体的多数载流子是空穴。 positive chage 正电荷 满带顶部与杂质能级之间的能量差值E<0.1eV。在温度不很高的情况下,满带中的电子很容易被激发到受主能级,同时在满带中形成空穴。带正电的空穴移动是导电的。大量空穴的 存在，使其导电性大大提高。 p-n结的形成 由于n 区的电子向p区扩散，p区的空穴向n区扩散，在p型半导体和n 型半导体的交界面附近产生了一个电场 , 称为内电场。 p-n结 n型 p型 导带 禁带 满带 p-n结的单向导电性 在p-n 结的p型区接电源正极，n 区接负极 阻挡层势垒被削弱、变窄，有利于空穴向n区运动，电子向p区运动，形成正向电流。 p型 n型 I U（伏） I （毫安） O $