费米能级理解.pdf

该【费米能级理解 】是由【小屁孩】上传分享，文档一共【4】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【费米能级理解 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..费米能级理解(总3页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1-CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除:..能带结构是目前采用第一性原理(从头算abinitio)计算所得到的常用信息,可用来结合解释金属、半导体和绝缘体的区别。能带可分为价带、禁带和导带三部分,导带和价带之间的空隙称为能隙,基本概念如图1所示。,则固体为金属材料,在室温下电子很容易获得能量而跳跃至传导带而导电;而绝缘材料则因为能隙很大(通常大于9电子伏特),电子很难跳跃至传导带,所以无法导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特,介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发,或是改变其能隙之间距,此材料就能导电。。价带(valenceband),或称价电带,通常指绝对零度时,固体材料里电子的最高能量。在导带(conductionband)中,电子的能量的范围高于价带(valenceband),而所有在传导带中的电子均可经由外在的电场加速而形成电流。对于半导体以及绝缘体而言,价带的上方有一个能隙(bandgap),能隙上方的能带则是传导带,电子进入传导带后才能再固体材料内自由移动,形成电流。对金属而言,则没有能隙介于价带与传导带之间,因此价带是特指半导体与绝缘体的状况。(Fermilevel)是绝对零度下电子的最高能级。根据泡利不相容原理,一个量子态不能容纳两个或两个以上的费米子(电子),所以在绝对零度下,电子将从低到高依次填充各能级,除最高2:..能级外均被填满,形成电子能态的“费米海”。“费米海”中每个电子的平均能量为(绝对零度下)为费米能级的3/5。海平面即是费米能级。一般来说,费米能级对应态密度为0的地方,但对于绝缘体而言,费米能级就位于价带顶。成为优良电子导体的先决条件是费米能级与一个或更多的能带相交。(dispersionofenergy)。同一个能带内之所以会有不同能量的量子态,原因是能带的电子具有不同波向量(wavevector),或是k-向量。在量子力学中,k-向量即为粒子的动量,不同的材料会有不同的能量-动量关系(E-krelationship)。能量色散决定了半导体材料的能隙是直接能隙还是间接能隙。如导带最低点与价带最高点的K值相同,则为直接能隙,否则为间接能隙。。能带的宽度或散度,即能带最高和最低能级之间的能量差,是一个非常重要的特征,它是由相互作用的轨道之间的重叠来决定的,因而反应出轨道之间的重叠情况,相邻的轨道之间重叠越大,带宽就越大。,有4个高对称点,如果是三维的能带,有5个高对称点(祥见carlon的《能带结构和态密度图的绘制及初步分析》)。我简单说一下我对费米能及的理解:若固体中有N个电子,他们的基态是按泡利原理由低到高填充能量尽可能低的N个量子态。有两类填充情况:一、电子恰好填满最低的一系列能带,再高的各带全部是空的,最高的满3:..带称为价带,最低的空带称为导带。价带最高能级(价带顶)与导带最低能级(导带底)之间的能量范围称为带隙。这种情况对应绝缘体和半导体。半导体实际上是带隙宽度小的绝缘体。二、除去完全被电子充满的一系列能带外,还有只是部分的被电子填充的能带(常被称为导带)。这时最高占据能极为费米能级EF,它位于一个或几个能带的能量范围之内。这就是金属。知道上述两种情况,就很好理解费米能级了。再说白了,固体内的电子因泡利不相容原理,不能每一个电子都在最低的能级,便一个一个依序往从低能及往高能阶填,直到最后一个填进的那个能级便是所谓的费米能级。如果你明白了费米能级,就知道它可以是任何数值。有的文献中,为了讨论方便。就定义了费米能级为零点(估计你的概念就是从这里得出的)。不同的费米能级有不同的物理意义从你的计算数只看,你计算的物体应该是个半导体,因为半导体的费米能级EF总为负值。最后补充一点,一般我们讨论的都是电子是费米子。至于中子、质子等其他费米子另当别论。4