能带结构是目前采用第一性原理.docx

能带结构是目前采用第一性原理(从头算abini1.io)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、禁带和导带三局部，导带和价带之间的空隙称为能隙，根本概念如图1所示。1.XU,K'KSo1.oinonb1.oge<h.cn1 .如果能隙很小或为0,那么固体为金属材料，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至传导带而导电；而绝缘材料那么因为能隙很大(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。2 .能带用来定性地说明了晶体中电子运动的普遍特点。价带(VaIenCeband),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(va1.enceband),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，能隙上方的能带那么是传导带，电子进入传导带后才能再固体材料内F1.由移动，形成电流。对金屈而言，那么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。3 .费米能级(Fenni1.eVeI)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)为比米能级的3/5O海平面即是费米能级。一般来说，费米能级对应态密度为。的地方，但对于绝缘体而言，胡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。4 .能量色散(dispersionofenergyJ。同一个能带内之所以会有不同能量的量子态，原因/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-kre1.ationship)o能量色散决定了半导体材料的能隙是宜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，那么为直接能隙，否那么为间接能隙。5 .能带的宽度。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，它是由相互作用的坑道之间的重叠来决定的，因而反响出轨道之间的重叠情况,相邻的轨道之间市置越大，带宽就越大。Mi1.=10作的It带结构与屋子ff1.距的关系(引用白WDCaIkterJrSIMatina1.ScttnefandngwnngAnIn1.roducttCAf1.hOncAP609.F193)6 .如果是二维能带，有4个高对称点，如果是三维的能带，有5个高对称点？（祥见CarIOn的能带结构和态密度图的绘制及初步分析）.