带隙是指半导体中最低导带和最高价带之间的能量差。电子的导带和价带之间的距离称为带隙。将电子激发到导带中能够导电的最低能量,本质上就是带隙。
价带是能量较低的能级;因此,如果价带与能量较高的导带之间存在能隙,则需要额外的能量才能使电子获得自由能。这种能隙的大小和存在使得区分导体、半导体和绝缘体成为可能。
导体、绝缘体和半导体的带隙有何不同?
不同的带隙表明半导体、绝缘体和导体具有不同大小的带隙。材料的独特特性部分归因于带隙的大小。在绝缘体中,价带中的电子与导带中的电子之间存在显著的带隙。这表明存在一个显著的“禁带”,阻止价带中的电子跃迁到导带并参与导电。这就解释了为什么绝缘体导电效率低下。
在导体中,价带和导带会发生重叠。由于这种重叠,价电子几乎可以自由地进入导带并参与导电。虽然由于部分重叠,只有一部分价电子能够穿过物质,但这仍然足以使导体导电。
半导体中的带隙是如何填充的?
半导体中的能隙可以通过某种激励来填充,例如光伏电池中的太阳光。该能隙的大小介于绝缘体和导体之间。在这种模型中,只有有限数量的电子可以进入导带,并传导非常少量的电流。
该电子活化后留下的空穴也使得其他导电过程得以发生。附近原子的电子可以占据这个空位,引发一系列空穴和电子的运动,最终产生电流。添加少量掺杂剂可以显著提高这种材料的导电性。
物质最外层电子脱离其原子轨道所需的最低能量称为能带隙。脱离原子轨道后,这些电子即可参与导电。由于即使施加最小的电势,也总有自由电子可用于导电,因此良导体的能带隙为零。
它们的价带和导带实际上是重叠的。由于从母原子中释放电子需要大量能量,因此绝缘体的带隙非常大。半导体具有电子伏特级的中间能带空间能量。要将电子的电位降低一伏,需要一电子伏特 (1ev)。



