根據(jù)晶體理論，晶體內(nèi)所有電子均具有能量，每個(gè)電子所具有的能量對(duì)應(yīng)某一能級(jí)，從低到高依次排列。因?yàn)樵拥膬?nèi)層電子受到原子核的束縛力較強(qiáng)，一般不參與導(dǎo)電，所以通常研究原子最外層價(jià)電子的能量狀態(tài)。 ? ?

一、電子所處的能帶

晶體中大量電子能級(jí)分布可組成密集的能級(jí)帶（根據(jù)百度百科：能級(jí)帶是不連續(xù)的，但因?yàn)槟芗?jí)帶中的能級(jí)分布密集，可近似視為連續(xù)的），該密集的能級(jí)帶可被稱為晶體電子所處的能帶。能帶可被分類為價(jià)電帶（以下簡稱“價(jià)帶”）、禁帶、傳導(dǎo)帶（以下簡稱“導(dǎo)帶”）。 ?

圖片來源：來自網(wǎng)絡(luò) ? 其中，價(jià)帶能級(jí)最低，禁帶能級(jí)居中，導(dǎo)帶能級(jí)最高。電子處于價(jià)帶的物質(zhì)呈現(xiàn)不導(dǎo)電的高電阻狀態(tài)；電子處于導(dǎo)帶的物質(zhì)呈現(xiàn)導(dǎo)電狀態(tài)，此時(shí)物質(zhì)內(nèi)具有自由電子；禁帶能級(jí)區(qū)域處于價(jià)帶和導(dǎo)帶能級(jí)之間，禁帶能級(jí)區(qū)的寬度被稱為禁帶寬度，禁帶寬度的單位是電子伏特（eV）（根據(jù)百度百科：1eV≈1.6×10-19J）。 ? 在溫度為絕對(duì)零度（-273.15℃）時(shí)，絕大多數(shù)固態(tài)物質(zhì)的價(jià)電子被凍結(jié)束縛（價(jià)電子處于價(jià)帶），即物質(zhì)處于不導(dǎo)電的高阻狀態(tài)。 ?

在溫度升高或光輻射作用的情況下，被凍結(jié)束縛的價(jià)電子吸收外界能量，可躍遷至較高的能級(jí)中。當(dāng)吸收的能量可使被凍結(jié)束縛的電子的能級(jí)跨越禁帶寬度時(shí)，物質(zhì)從不導(dǎo)電的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電狀態(tài)，電子需吸收能量的最小值即為禁帶寬度。 ? 物質(zhì)的禁帶寬度數(shù)值舉例如下：常溫下（一般指25℃），鍺的禁帶寬度約為0.66eV，硅的禁帶寬度約為1.12eV，砷化鎵的禁帶寬度約為1.46eV，氧化亞銅的禁帶寬度約為2.2 eV，金剛石的禁帶寬度約為5.47eV。 ? ?

二、能帶與物質(zhì)導(dǎo)電性的關(guān)系

一般，禁帶寬度較寬的物質(zhì)是絕緣體，禁帶寬度為零的物質(zhì)屬于金屬（導(dǎo)體）。 ? 絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體的價(jià)帶、禁帶、導(dǎo)帶的關(guān)系圖如圖一所示： ? （a）所代表物質(zhì)的禁帶寬度較大。常溫下，其絕大多數(shù)價(jià)電子被束縛于價(jià)帶中，不能參與導(dǎo)電，因此，（a）所代表的物質(zhì)屬于絕緣體（根據(jù)百度百科：一般，禁帶寬度大于4.5eV屬于絕緣體）。 ? （c）所代表物質(zhì)的禁帶寬度為零，價(jià)帶和導(dǎo)帶幾乎相接。其價(jià)電子可更輕易進(jìn)入導(dǎo)帶轉(zhuǎn)化為自由電子參與導(dǎo)電，因此，（c）所代表的物質(zhì)屬于導(dǎo)體，常溫下，導(dǎo)體中的價(jià)電子幾乎都進(jìn)入導(dǎo)帶中。 ? （b）所代表物質(zhì)的禁帶寬度介于絕緣體和導(dǎo)體的禁帶寬度之間。（b）所代表物質(zhì)的價(jià)電子更容易（相比于絕緣體）吸收超過禁帶寬度的能量，而使價(jià)電子躍遷至導(dǎo)帶成為自由電子參與導(dǎo)電，因此，（b）所代表的物質(zhì)屬于半導(dǎo)體。 ?

圖一，圖片來源：中國慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》 ?

編輯：黃飛

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