《大学物理》课程电子教案（PPT课件讲稿）第十八章 新技术的物理基础

第人章

18-1固体的能带理论 团体指具有确定形状和体积的物体。 分为:晶体、非晶体和准晶体 晶体结构和晶体分类 1、晶体结构 外观上:具有规则的几何形状 微观上:晶体点阵(晶格) 基本特征:规则排列,表现出长程有序性 晶体中的重复单元称为晶胞

18-1 固体的能带理论 固体指具有确定形状和体积的物体。 分为：晶体、非晶体和准晶体 一、晶体结构和晶体分类 1、晶体结构 外观上：具有规则的几何形状 微观上：晶体点阵（晶格） 基本特征：规则排列，表现出长程有序性 晶体中的重复单元称为晶胞

Na 立方 体心 立方 L 面心 立方 晶胞

+ Na− Cl 立方 + Cs − Cl 体心 立方 Cu 面心 立方 晶胞

离子晶体 共价晶体 显体 组成 正、负离子 原子 结合力 库仑吸引力 共价键 (离子键) 结合力 无方向性 有方向性 特性 无饱和性 有饱和性 硬度高、熔点高、 晶体硬度高、熔点高、 沸点高、不溶于 特性性脆、电子导电性弱 所有寻常液体

晶体 组成 结合力 结合力 特性 晶体 特性 离子晶体 正、负离子 库仑吸引力 （离子键） 无方向性 无饱和性 硬度高、熔点高、 性脆、电子导电性弱 共价晶体 原子 共价键 有方向性 有饱和性 硬度高、熔点高、 沸点高、不溶于 所有寻常液体

分子晶体 金属晶体 晶体电中性的无极分子原子实、价电子 组成 结合力 范德瓦耳斯力 金属键 (范德瓦耳斯键) 结合力 无方向性 有明显方向性 特性 无饱和性 有饱和性 晶体熔点低、硬度低 具有导电性、导 特性 导电性差 热性、金属光泽

晶体 组成 结合力 结合力 特性 晶体 特性 金属晶体 原子实、价电子 金属键 有明显方向性 有饱和性 具有导电性、导 热性、金属光泽 分子晶体 电中性的无极分子 范德瓦耳斯力 （范德瓦耳斯键） 无方向性 无饱和性 熔点低、硬度低、 导电性差

二、固体的能带 1、电子共有化 U U 单个原子 两个原子 U ++r由于晶体中原子的周期 性排列而使价电子不再 E 为单个原子所有的现象, 称为电子的共有化。 晶体中周期性势场

二、固体的能带 1、电子共有化 U • + r 单个原子 U • + r 两个原子 • + 由于晶体中原子的周期 性排列而使价电子不再 为单个原子所有的现象， 称为电子的共有化。 U • r • + • + • + • + 晶体中周期性势场 E2 E1

2、能带的形成 电子的共有化使原先每个原子中具有相同能级的 电子能级,因各原子间的相互影响而分裂成一系 列和原来能级很接近的新能级,形成能带。 E B ls∠E原子中 ∠LE 的能级 O 晶体中的能带 氢原子的能级分裂

2、能带的形成 电子的共有化使原先每个原子中具有相同能级的 电子能级，因各原子间的相互影响而分裂成一系 列和原来能级很接近的新能级，形成能带。 O 1s B r A 0 r E E 氢原子的能级分裂 原子中 E 的能级 晶体中的能带

能带的一般规律: E 1.原子间距越小,能带 越宽,△E越大 2.越是外层电子,能带 越宽,△E越大。 3.两个能带有可能重叠。 禁带:两个相邻能带间 可能有一个不被允许的 能量间隔。 离子间距 能带重叠示意图

能带的一般规律： 2. 越是外层电子，能带 越宽，E越大。 1. 原子间距越小，能带 越宽，E越大。 3. 两个能带有可能重叠。 禁带：两个相邻能带间 可能有一个不被允许的 能量间隔。 r0 离子间距 2p 2s 1s E O 能带重叠示意图

电子在能带中的分布: 1、每个能带可以容纳的电子数等于与该能带相应 的原子能级所能容纳的电子数的N倍(N是组成晶 体的原子个数)。 正常情况下,总是优先填能量较低的能级。 满带:各能级都被电子填满的能带。 满带中电子不参与导电过程。 价带:由价电子能级分裂而形成的能带 价带能量最高,可能被填满,也可不满。 空带:与各原子的激发态能级相应的能带。 正常情况下没有电子填入

电子在能带中的分布： 1、每个能带可以容纳的电子数等于与该能带相应 的原子能级所能容纳的电子数的N倍（N是组成晶 体的原子个数）。 2、正常情况下，总是优先填能量较低的能级。 满带：各能级都被电子填满的能带。 满带中电子不参与导电过程。 价带：由价电子能级分裂而形成的能带。 价带能量最高，可能被填满，也可不满。 空带：与各原子的激发态能级相应的能带。 正常情况下没有电子填入

满带 导带 空带 (导带) 禁带E2 满带

••••••• ••••••• • • • • • 禁带 E g 空带 （导带） 满带 ••••••• ••••••• • • • • • 导带 ••••••• ••••••• • • • • 满带