2021-2022学年高二物理竞赛课件：导体、绝缘体和半导体的能带论解释

这是一份2021-2022学年高二物理竞赛课件：导体、绝缘体和半导体的能带论解释，共14页。PPT课件主要包含了满带电子不导电，以自由电子为例，-qV，能带的倾斜，电子在实空间的振荡等内容，欢迎下载使用。

导体、绝缘体和半导体的能带论解释
　在一个完全为电子充满的能带中，尽管每一个电子都荷带一定的电流-qv，但是k与-k的电子电流正好相互抵消，有一个k，必有一个-k，因而总电流为０。 即使用外电场也改变不了这种情况，由于所有电子所处的状态都按上式变化，k轴上的点都以相同的速度移动，并不改变均匀填充各k态的情况。
　　　二、导体和非导体模型　部分填充的能带，在外电场作用下可以产生电流。　在非导体中，电子恰好填满最低的一系列能带，再高的各个能带全部都是空的，因而并不导电。　在导体中，除去完全填满的一系列能带外，还有只是部分地被电子填充的能带，后者可以起导电作用，称为导带。　半导体的能带属于非导体，但禁带宽度要比绝缘体小，在温度不是很低的情况下，价带中的电子可以通过热激发而进入导带，使导带中有少数电子同时价带中又缺少了少数电子，从而导致了一定的导电性。另外，半导体可以通过掺杂改变能带中电子的填充状况而使半导体具有导电性。　
半金属：在金属和半导体之间存在一种中间情况，导带底和价带顶或发生交叠或具有相同的能量（具有负带隙宽度或零带隙宽度），在这种情况下，在导带中存在一定数量的电子，在价带中存在一定数量的空状态，其导带电子的密度比普通金属少几个数量级，称为半金属。
三、近满带和空穴　为了方便，假设满带上只有在一个状态k没有电子，设I(k)表示此时整个近满带的总电流，假设在空的k态中放入一个电子，该电子所形成的电流为-qv(k)，但是放入该电子后，能带被完全填满，因此，总的电流为零。
近满带的总电流就如同一个带正电荷的粒子，它的速度为空状态k的电子速度。
空状态都在满带顶附近，m*<0
近满带的电流变化就如同一个带正电荷q和具有正有效质量　　　的粒子。
结论：当满带顶附近有空状态k时，整个能带中的电流以及电流在外电磁场中的变化完全如同存在一个带正电荷q和正有效质量　　　，速度为v(k)的粒子一样，这样一个假想的粒子称为空穴。
7.4 在恒定磁场中电子的运动
　在恒定磁场中电子的运动理论是分析回旋共振，德．哈斯－范．阿尔芬效应的理论基础。　两种方法讨论１准经典运动近似；２量子理论，解含有磁场时系统的波动方程。一、恒定磁场中的准经典运动
Kz保持不变，在kx，ky平面内做匀速圆周运动。
设电场力F=-qE沿x轴正方向（电场E沿x轴反方向），由
知电子在k空间做匀速运动（　　　为k空间的速度），使得电子的能量、速度和有效质量都周期性的变化－－电子在K空间做循环运动。表现在电子速度上是v随时间做振荡的变化。
电子速度v随时间做振荡的变化意味着电子在实空间的振荡。
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