清华大学：《大学物理》第二册课程PPT教学课件（热学）第4章 固体的能带结构

第4章 固体的能带结构 2005年秋季学期

固体的能带结构 第4章 2005年秋季学期

目录 s4.1固体的能带 s32导体和绝缘体 §43半导体的导电机构 §44 结 △§45半导体器件 §4.6半导体激光器(补充)

目 录 §4.1 固体的能带 §3.2 导体和绝缘体 §4.3 半导体的导电机构 §4.4 p − n 结 △§4.5 半导体器件 §4.6 半导体激光器（补充）

固体物理既是一门综合性的理论学科又和 实际应用紧密结合(材料、激光、半导体.) 固体物理是信息技术的物理基础 1928-29建立能带理论并由实验证实 1947发明晶体管 1962制成集成电路

固体物理既是一门综合性的理论学科又和 固体物理是信息技术的物理基础 1928-29 建立能带理论并由实验证实 1947 发明晶体管 1962 制成集成电路 实际应用紧密结合（材料、激光、半导体…）

1971 intel4004微处理器芯片2300晶体管 1982 80286 134万 1989 80486 120万 1993 pentium 320万 1995 pentium MMX 550万 1997 pentium 750万 集成度每10年增加1000倍!

1982 80286 13.4万 1989 80486 120万 1993 pentium 320万 1995 pentium MMX 550万 1997 pentium2 750万 集成度每 10 年增加 1000 倍 ！ 1971 intel 4004 微处理器芯片 2300晶体管

现在在一个面积比邮票还小的芯片上可以集 成一个系统,其上可以集成109个元件,沟道长 度只有0.12微米。 集成度的每一步提高,都和表面物理及光刻 的研究分不开。 没有晶体管和超大规模集成电路,就没有计 算机的普遍应用和今天的信息处理技术

集成度的每一步提高，都和表面物理及光刻 没有晶体管和超大规模集成电路，就没有计 现在在一个面积比邮票还小的芯片上可以集 其上可以集成10 9个元件， 度只有0.12微米。 成一个系统， 的研究分不开。 算机的普遍应用和今天的信息处理技术。 沟道长

s41固体的能带 先看两个原子的情况3 2 p Is 3p 3s p 根据泡利不相容原理, 2s 原来的能级已填满不能再 填充电子一分裂为两条1s

先看两个原子的情况 . Mg Mg 根据泡利不相容原理， 原来的能级已填满不能再 填充电子 1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p §4.1 固体的能带 — 分裂为两条

各原子间的相互作用 →原来孤立原子的能级发生分裂 若有M个原子组成一体,对于原来孤立原子 的一个能级,就分裂成N条靠得很近的能级 称为能带( energy band) 能带的宽度记作△E △E~eV的量级 若N-1023,则能带中两相邻能级的间距 约为1023eV

各原子间的相互作用 → 原来孤立原子的能级发生分裂 若有N个原子组成一体，对于原来孤立原子 的一个能级，就分裂成 N条靠得很近的能级， 能带的宽度记作E E ～eV 的量级 若N~1023，则能带中两相邻能级的间距 称为能带（energy band）。 约为10-23eV

能级 能带 △E 能隙,禁带 条 般规律: 1.越是外层电子,能带越宽,△E越大; 2.点阵间距越小,能带越宽,△E越大; 3.两个能带有可能重叠

能级 能带 N条 能隙，禁带 E 一般规律： 1. 越是外层电子，能带越宽，E越大； 2. 点阵间距越小，能带越宽，E越大； 3. 两个能带有可能重叠

E 2P 2S IS 离子间距 能带重叠示意图

a 离子间距 2P 2S 1S E 0 能带重叠示意图

电子在周期势场中的运动电子共有化 孤立原子中电子的势阱 势垒 电子能级

一. 电子在周期势场中的运动 电子共有化 孤立原子中电子的势阱 电子能级 + 势垒