能帶理論與電子結構
價帶
/ VAY-luns band /
當一塊晶體被放任冷卻到能想像的最低溫度時,它的電子會安頓到自己所能取到的最低能量上,就像水會沉到杯底一樣。它們從底層往上把能帶一層層填滿。在這種極度冷凍下最終被填得滿滿當當的最高那條能帶,就是價帶——可以說,就是水位的最高處。
價帶是在絕對零度下被完全占滿的最高一段電子能量。它裡面的電子,正是原子外層那些參與成鍵的電子——也就是形成化學鍵的價電子——只不過如今被整塊晶體共享。由於這條能帶被填得滿滿的,每個座位都坐了人,而一條坐滿的能帶是無法承載電流的:電子根本沒有可以挪過去的空位。
價帶之所以重要,是因為導電的故事恰恰從它的頂部邊緣開始。要讓電流流動,你要麼把電子從裡面抬到上方那條空帶去,要麼在它裡面留出空位。一個常見的誤會是以為「價帶滿了」就意味著這材料沒用——可恰恰是騰空它裡面區區幾個態,或是讓一條空帶緊挨在旁邊,才把一塊惰性的晶體變成了半導體或金屬。
在低溫下的純矽裡,價帶滿得溢出來,上方的導帶卻空空如也,所以這塊晶體幾乎不導電。把它加熱,就有少數電子從價帶跳進導帶,每個都在身後留下一個空座位——於是矽突然開始通起電來。
滿滿的價帶本身不導電,除非有電子離開它、或出現空座位。
價帶裡的電子,就是化學家口中的價電子那批外層電子,只不過它們以共享的能帶態瀰散在整塊晶體裡,而不再屬於某一個原子。
又稱
另見