20.7固體中的電子物理現(xiàn)象在為了節(jié)約用電和便于管理，在許多大型場(chǎng)所，如商場(chǎng)、住宅公共區(qū)都安裝了聲光控?zé)?，即有聲音或振?dòng)時(shí)會(huì)啟動(dòng)照明。但是，有個(gè)前提條件：亮度要低。大白天這些燈是不會(huì)啟動(dòng)的。這一功能的實(shí)現(xiàn)是用一種叫做光敏電阻的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性受光照影響。物體的導(dǎo)電性究竟是由什么決定的？為什么會(huì)有導(dǎo)體和絕緣體，為什么半導(dǎo)體具有多種多樣的性質(zhì)呢？

晶體非晶體結(jié)構(gòu)：規(guī)則排列的對(duì)稱性無(wú)一定規(guī)則排列宏觀性質(zhì)：多為各向異性各向同性熔點(diǎn)：確定逐漸軟化2.晶體的結(jié)構(gòu)晶體中原子規(guī)則排列形成晶格—具有周期性1.晶體和非晶體的比較一、晶體的類型初基晶胞－晶格的最小單元abca,b,c－晶格常數(shù)晶格有多種類型：點(diǎn)陣間滿足關(guān)系：點(diǎn)陣▲

面心立方晶格Cu，Al

▲

簡(jiǎn)單立方晶格a=b=cAu，Ag，▲

體心立方晶格▲

六角密排晶格組成晶格的原子（團(tuán)）在平衡點(diǎn)附近作熱運(yùn)動(dòng)（晶格振動(dòng)）產(chǎn)生格波，Li，Na，K，F(xiàn)e，CsCl

Be，Mg，Zn，Cd

聲子E＝(n+1/2)h

3.晶體的結(jié)合和類型▲

離子晶體（IonicCrystal）

▲

共價(jià)晶體

（CovalentCrystal）

無(wú)自由電子

導(dǎo)熱導(dǎo)電性差

離子間靜電力強(qiáng)

熔點(diǎn)高，硬度好正負(fù)離子交替排列形成離子鍵，共價(jià)鍵如NaCl晶體如：Si，Ge，金鋼石

傳熱導(dǎo)電性不好

強(qiáng)度高，堅(jiān)硬，不易變形原子貢獻(xiàn)出價(jià)電子為整個(gè)晶體所共有帶正電的原子實(shí)周期地排列形成晶體點(diǎn)陣▲

金屬晶體（MetallicCrystal）

電子對(duì)原子實(shí)的排列要求不嚴(yán)，展延性好

導(dǎo)熱導(dǎo)電性好（有自由電子）大部分有機(jī)化合物晶體是分子晶體原子間的作用力是范德瓦爾斯力吸引，能量低排斥，能量高▲

分子晶體（MolecularCrystal）

結(jié)合力?。喝埸c(diǎn)低，硬度小，易變形

對(duì)單原子而言，電子能量是不連續(xù)的。僅有一個(gè)價(jià)電子的原子：1.能帶的形成Ur

單個(gè)電子與原子實(shí)的勢(shì)能曲線：二、固體的能帶1s2s2p3s3p大量原子有規(guī)則地排列成晶體時(shí)：原子實(shí)相互影響，形成周期性勢(shì)場(chǎng)。每個(gè)電子都是在固定的原子實(shí)周期勢(shì)場(chǎng)及其他電子的平均勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。

電子不再分屬各個(gè)原子所有，而是屬于整個(gè)原子所共有，稱為電子的共有化。+++++E2E1原來(lái)處于相同能級(jí)上的電子不再具有相同的能量，分裂成N個(gè)非?？拷男履芗?jí)（10-23ev）能帶：由原子的某個(gè)能級(jí)分裂形成的能量呈準(zhǔn)連續(xù)分布的新能級(jí)1s2p2sE

o能帶2.滿帶、不滿帶、空帶、禁帶常溫下電子填充能帶有如下幾種情況：禁帶禁帶禁帶禁帶空帶滿帶滿帶禁帶：兩個(gè)相鄰的能帶間不被允許的能量間隔。

不滿帶滿帶滿帶禁帶滿帶中電子不能形成定向電流不滿帶的電子可在外場(chǎng)作用下躍遷到高一級(jí)的能級(jí)形成電流。能帶的性質(zhì)：滿帶不滿帶空帶導(dǎo)帶激發(fā)到空帶中的電子在空帶中形成電流2p滿帶禁帶Eo1s2s空帶滿帶有些金屬結(jié)合成晶體時(shí)，能級(jí)分裂大，價(jià)電子能帶與空帶發(fā)生重疊，共同組成不滿帶。共同組成不滿帶三、絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體1.絕緣體只有滿帶和空帶，并且禁帶寬度較大。2.半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)同絕緣體，但禁帶較窄。滿帶導(dǎo)帶（空帶）E

E

滿帶導(dǎo)帶（空帶）3.導(dǎo)體（1）不滿帶（2）滿帶空帶相接或部分重疊（3）不滿帶、空帶相接或部分重疊E滿帶導(dǎo)帶（不滿帶）滿帶導(dǎo)帶（空帶）

導(dǎo)帶（不滿帶）E滿帶導(dǎo)帶（空帶）E四、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1.本征半導(dǎo)體純凈無(wú)雜質(zhì)如硅、鍺空帶滿帶禁帶

本征激發(fā)電子和空穴的混合導(dǎo)電載流子：空穴電子2.雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入少量雜質(zhì)的半導(dǎo)體（1）n型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體中摻入少量可提供導(dǎo)電電子的雜質(zhì)所形成的半導(dǎo)體。例：在四價(jià)鍺元素半導(dǎo)體中摻入五價(jià)砷+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4Ge摻入砷以后，五價(jià)原子替代四價(jià)元素鍺構(gòu)成與鍺相同的四電子結(jié)構(gòu)，多余一個(gè)價(jià)電子在雜質(zhì)離子的電場(chǎng)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。ASAS+5+5滿帶空帶理論證明：摻入這種雜質(zhì)后，電子處于靠近空帶下沿處的一個(gè)能級(jí)中，稱為“施主能級(jí)”。由于較小，施主能級(jí)中的電子很容易躍遷到導(dǎo)帶中，導(dǎo)帶中自由電子的濃度大了很多。n型半導(dǎo)體又稱電子型半導(dǎo)體施主能級(jí)+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4Ge（2）p型導(dǎo)體（受主雜質(zhì)半導(dǎo)體）在純凈半導(dǎo)中摻入少量可提供導(dǎo)電空穴的雜質(zhì)所形成的半導(dǎo)體。例：在四價(jià)鍺元素半導(dǎo)體中摻入三價(jià)硼摻入硼以后，三價(jià)原子替代四價(jià)元素鍺構(gòu)成與鍺相同的四電子結(jié)構(gòu)，缺少一個(gè)電子，形成一個(gè)空穴，此空穴處于特殊的能級(jí)。BB+3+3理論證明：摻入這種雜質(zhì)后，空穴處于靠近滿帶上沿處的一個(gè)能級(jí)中，稱為“受主能級(jí)”。p型半導(dǎo)體又稱空穴型半導(dǎo)體滿帶空帶由于較小，滿帶中的電子很容易激發(fā)到受主能級(jí)中而在滿帶中留下空穴，滿帶中孔穴的濃度大了很多。滿

帶空

帶導(dǎo)帶空

帶滿

帶導(dǎo)

帶p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體接觸，交界處形成的偶電層結(jié)構(gòu)。3.p-n結(jié)Uxp型襯底n型雜質(zhì)擴(kuò)散x電子勢(shì)能空穴勢(shì)能P型N型半導(dǎo)體二級(jí)管符號(hào)pnn區(qū)p區(qū)能帶的彎曲對(duì)n區(qū)的電子和p區(qū)的孔穴都形成一個(gè)勢(shì)壘，它阻礙著n區(qū)的電子進(jìn)入p區(qū)，同時(shí)也阻礙著p區(qū)的空穴進(jìn)入n區(qū)，通常把這一勢(shì)壘區(qū)稱為阻擋層。Ux