能带理论与电子结构

带隙

/ band gap /

把晶体里被允许的那些能量想象成一栋楼里的楼层,电子就住在这些楼层上。能带就是楼层——一层一层挤满房间的宽阔区段。但有些楼层之间根本就没有楼层:那是一段能量区间,电子无论怎么挣扎都不可能待在里面。这段空荡荡的禁区,就是带隙。

带隙是一段不存在任何允许电子态的能量范围。下方能带里的电子,不可能取到带隙内部某处的能量;要想越过去,它必须吸收一份至少和带隙一样大的能量,干净利落地跳到上方的能带。带隙的大小通常以电子伏特为单位,是描述一种材料最重要的几个数字之一。

带隙之所以重要,是因为它决定了电流能否流动、以及材料会吸收或发出哪些颜色的光。大约一电子伏特的带隙给出有用的半导体;几个电子伏特的带隙给出绝缘体;完全没有带隙则给出金属。一个常见的混淆是把带隙当成原子之间的物理空隙——它不是;它是能量上的空隙,是允许能量这架梯子上空缺的一段。

硅的带隙约为 1.1 电子伏特,而金刚石——化学上算是硅的表亲——的带隙约为 5.5 电子伏特。正是这点差别,使得硅芯片可以被诱导去导电、去开关,而透明的金刚石却始终是一块顽固的绝缘体,任凭可见光径直穿过。

小带隙(硅)造出半导体;大带隙(金刚石)造出绝缘体。

在日常用法里,带隙和能隙说的是同一回事;本领域把能隙单列,是为了强调它指的是那段禁区的可测量大小,而带隙命名的是禁区本身。

又称
forbidden gap带隙能隙