能带理论与电子结构

导带

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设想一个座无虚席的音乐厅,每个座位都坐了人——谁也没法往旁边挪,因为根本没有空座可挪。现在再想象正上方有一个几乎空着的楼座。任何爬上去的人都有大片地方可以走动。在晶体里,那个几乎空着的上层就是导带,而电子正是靠抵达那里,才获得了承载电流的自由。

导带是位于已填满的价带正上方的那条较高能量态的能带,与价带之间隔着带隙。在绝缘体或半导体里,它在最冷的温度下是空的。一个被提升上去的电子——靠加热、靠光照、或靠掺杂——会发现周围是一片空着的态的海洋,于是它能在电压驱动下自由漂移,为导电出力。这正是它得名“导带”的缘由。

导带之所以重要,是因为坐在里面的电子数目决定了半导体导电有多好,而工程师为掌控这个数目花费了巨大的心力。一个常被忽略的微妙之处是:在金属里并没有这种干净的分界,因为最顶上那条能带只是部分填满,于是它的价带角色和导带角色就模糊成了一体。价带加导带这套整齐的图景,其实讲的是半导体和绝缘体的故事。

当阳光照到太阳能电池上,光子把硅里的电子从价带敲到导带去。一旦到了导带,这些被释放的电子就能被抽出去形成电流——导带正是把光转化为可用电能的集结地。

光把电子抬进导带,它们在那里可以自由流动形成电流。

电子只有进了导带才真正善于导电;困在满满的价带底部时,它会因周围没有空态而动弹不得,不管你加多大电压都一样。

又称
导带導帶