半导体能带理论(精)
能带理论
【半导体】（1）导带conduction bandA解释导带是由自由电子形成的能量空间。
即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。
对于金属，所有价电子所处的能带就是导带。
对于半导体，所有价电子所处的能带是所谓价带，比价带能量更高的能带是导带。
在绝对零度温度下，半导体的价带(valence band)是满带(见能带理论)，受到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带 (forbidden band/band gap)进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带——导带。
B导带的涵义：导带是半导体最外面（能量最高）的一个能带，是由许多准连续的能级组成的；是半导体的一种载流子——自由电子（简称为电子）所处的能量范围。
导带中往往只有少量的电子，大多数状态（能级）是空着的，则在外加作用下能够发生状态的改变，故导带中的电子能够导电，即为载流子。
导带底是导带的最低能级，可看成是电子的势能，通常，电子就处于导带底附近；离开导带底的能量高度，则可看成是电子的动能。
当有外场作用到半导体两端时，电子的势能即发生变化，从而在能带图上就表现出导带底发生倾斜；反过来，凡是能带发生倾斜的区域，就必然存在电场（外电场或者内建电场）。
导带底到真空中自由电子能级的间距，称为半导体的亲和能，即是把一个电子载流子从半导体内部拿到真空中去所需要的能量。
这是半导体的一个特征参量。
（2）价带与禁带价带（valence band）或称价电带，通常是指半导体或绝缘体中，在0K时能被电子占满的最高能带。
对半导体而言，此能带中的能级基本上是连续的。
全充满的能带中的电子不能在固体中自由运动。
但若该电子受到光照，它可吸收足够能量而跳入下一个容许的最高能区，从而使价带变成部分充填，此时价带中留下的电子可在固体中自由运动。
价带中电子的自由运动对于与晶体管有关的现象是很重要的。
被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）。
禁带，英文名为：Forbidden Band 在能带结构中能态密度[1]为零的能量区间。
半导体材料的电子结构和能带理论
半导体材料的电子结构和能带理论半导体材料是一种独特的材料，它在电学特性上介于导体和绝缘体之间。
要理解半导体材料的特性，我们需要研究其电子结构和能带理论。
1. 电子结构的基本概念电子结构指的是材料中电子的分布情况和能级排布。
在半导体材料中，电子受到原子核的吸引力而固定在能级中。
每个原子都有自己的能级，由能量最低的基态电子能级到较高能量的激发态电子能级。
2. 能带理论的基本原理根据能带理论，半导体材料中的电子能级可以分为两个区域：价带和导带。
价带是指最高占据电子能级的区域，而导带是指电子可以自由移动的区域。
两者之间存在一个禁带，即无电子能级存在的区域。
3. 共价键与价带在半导体材料中，原子通过共价键结合在一起形成晶格。
共价键的形成是通过电子在原子间的共享而实现的。
共价键的强度取决于原子之间的距离和原子轨道的匹配程度。
当共价键形成时，原子的电子将占据能量最低的共价键能级，从而形成价带。
4. 杂质和能带当半导体中引入少量的杂质原子时，会对电子结构和能带产生显著的影响。
掺杂分为两类：n型和p型。
n型半导体是指引入能够提供多余电子的杂质原子，使得导带中的电子数量增加。
相反，p型半导体是指引入能够接受电子的杂质原子，使得价带中的电子数量减少。
5. 能带隙与导电性能带隙是指价带和导带之间的能量差。
当容易电子能级的跃迁过程中，电子需要克服足够的能量才能进入导带，这就是能带隙。
能带隙的大小决定了半导体的导电性能。
对于绝缘体，能带隙较大，不容易形成电子跃迁；对于金属，能带隙不存在，导电性很好；而半导体的能带隙适中，介于两者之间。
6. 温度对导电性的影响半导体材料的导电性还受到温度的影响。
根据能带理论，随着温度升高，价带中的电子会获得更多的能量，一部分电子会进入导带中，导致导电性增强。
这就是为什么在室温下，半导体材料的导电性较好。
总结：半导体材料的电子结构和能带理论是研究半导体特性的重要基础。
通过对电子结构和能带的研究，可以更好地理解半导体材料的导电性质和行为。
第二章能带理论
何力的作用，电子在运动过程中受到晶格中原子周 期势场的作用。
是什么原因决定了固体是导体，绝缘体，或者半导体?
固体的能带结构！
自由电子理论忽略了电子与原子和其它电子 的相互作用，有局限性。
能带理论认为电子要受到一个周期性势场的作用。
导体
104 107 m
108 m
半导体
绝缘体
它们的导电性能不同， 108 m 是因为它们的能带结构不同。
一般填充规律：
孤立原子的内层电子能级一般都是填满的， 在形成固体时，其相应的能带也填满了电子。
孤立原子的最外层电子能级可能填满了电子也可 能未填满电子。若原来填满电子的， 在形成固体时，其相应的能带也填满电子。
经典自由电子理论
正离子所形成的电场是均匀的；自由电子运动的规律遵循经典力学气体分子的运动 定律；自由电子与正离子之间的相互作用仅仅是类似于机械碰撞。
该理论认为，在没有外电场作用时，金属中的自由电子沿着各方向运动的几率相同， 故不产生电流。当施加外电场后，自由电子获得附加速度，于是便沿外电场方向发 生定向迁移，从而形成电流。自由电子在定向迁移过程中，因不断与正离子发生碰 撞，使电子的迁移受阻，因而产生了电阻。
核磁共振方法不仅在核物理研究中起着重要作用，而且在科学技术上也有 着广泛的应用。例如，核磁共振分析可以用来探测物质的微观结构和各种 相互作用；核磁共振人体成像有望成为诊断疾病的有力工具。
自由电子气 真实晶体中的电子
能带理论的基本假设
能带理论的基本出发点: 固体中的电子不是完全被束缚在某个原子周围，
绝缘体的电阻率 ~ 1014 1022 cm
半导体物理学中的能带理论分析
半导体物理学中的能带理论分析半导体是当前信息技术的基础材料之一。
要了解半导体的性质和行为，能带理论是一种重要的理论工具。
能带理论提供了一种解释半导体特性的框架，对于研究半导体材料的电子传导和光学行为至关重要。
一、能带理论的基本概念能带理论是半导体物理学的基石，通过描述半导体中电子的能量分布，给出了半导体能带结构和导电特性的解释。
在固体中，电子的能量与其空间分布状态是密切相关的。
根据量子力学理论，电子在晶格结构中的能量是量子化的，即只能取一些特定的能量值。
这些能量分布的区间被称为“能带”。
在固体半导体中，通常有两种能带存在，分别是导带和价带。
导带是指电子的载流带，当电子位于导带中时，可以自由移动。
价带是指填充电子的带，当电子位于价带中时，无法自由移动。
导带和价带之间的能量区域被称为“带隙”，带隙决定了半导体的导电特性。
二、带隙的大小与导电特性半导体的导电能力取决于其带隙的大小。
根据带隙划分，半导体可分为两类，一类是本征半导体，另一类是掺杂半导体。
本征半导体指的是单一元素组成的纯净晶体，如硅(Si)和锗(Ge)。
这类半导体具有较大的带隙，寡载流子，本质上是不导电的。
然而，如果在本征半导体中引入杂质，即进行掺杂，可以通过控制杂质的类型和浓度来调整半导体的导电性能。
通过掺杂，产生了两种不同类型的载流子：电子和空穴。
电子由带隙中的价带精确地跃迁到导带，而空穴则是由价带中的空穴移动而成的。
三、载流子的输运规律能带理论不仅可以解释带隙和导电性能，还可以描述在外部场下载流子的输运规律。
在半导体中，载流子的运动受到杂质和晶格的散射作用的影响。
散射是指当载流子与杂质或晶格振动相互作用时，产生偏转或改变方向的过程。
对于本征半导体来说，电子和空穴的输运机制主要受到晶格散射的影响。
而在掺杂半导体中，掺杂杂质起到了主导作用。
通过研究散射机制，可以了解载流子在半导体中的输运规律，进一步优化半导体器件的性能。
结论半导体物理学中的能带理论是理解半导体材料特性的关键。
半导体材料中的能带理论
半导体材料中的能带理论在我们日常生活中，半导体材料无处不在，从电脑、手机到电视等电子设备，都离不开半导体的应用。
而实现这些应用的核心便是半导体材料中的能带理论。
本文将介绍半导体材料中的能带理论，让我们更好地了解半导体的工作原理。
尽管半导体材料具有导电性，但其与导体劣质材料截然不同。
导体中的电子在固体中自由移动，形成电流；而半导体材料中的电子却处于能带结构之中，只有在接受足够能量时才能跃迁到导带中。
这也就是半导体材料不能像导体那样具有低电阻的原因。
能带理论解释了电子跃迁的概念，其核心是能带和禁带。
将半导体材料的能级依照能量分成离散的段落，成为能带。
其中，最低能量的能带称为价带，而能量较高的能带称为导带。
两个能带之间的能级差距称为禁带。
在半导体晶体中，价带中的电子处于最低能量状态，表现为良好的绝缘性能。
而导带中的电子则可以在外加能量的作用下跃迁到该能带中，形成电流。
这也是半导体材料能够在适当条件下表现出导电性的原因。
通过掌握能带理论，我们能够更好地理解半导体材料的性质。
半导体材料可以细分为本征半导体和掺杂半导体两种类型。
本征半导体指的是未经掺杂的纯净半导体材料，在室温下具有较小的导电能力。
这是因为价带和导带之间的禁带较大，需要更高的能量才能使电子跃迁到导带中。
掺杂半导体是通过在纯净半导体材料中引入其他元素来改变其性质的材料。
掺入的外来元素称为杂质，根据添加的杂质类型不同，可以分为N型和P型半导体。
在N型半导体中，引入的杂质是含有多余电子的元素，如磷或氮。
这些多余的电子使得导带中的电子数增加，增强了导电性能。
而在P型半导体中，引入的杂质是含有缺少电子的元素，如铝或硼。
这些缺少的电子会产生空穴，可以看作正电荷载体，在电流传导中起到重要作用。
半导体材料中涉及的能带理论不仅仅是理论上的考虑，也是半导体器件设计和制造的基础。
例如，根据能带理论，半导体二极管被设计成具有不同能带结构的P 型和N型半导体材料。
当这两种半导体材料相接触时，由于电子跃迁的规则，形成了PN结，并形成了重要的电流控制功能。
能带理论
➢ 在一个完全为电子充满的能带中，尽管就每一个电
子来讲，都荷带一定的电流-qv
➢ 但是k和-k态的电子电流正好相抵消，所以总的电流
等于0。
E
k 0 k1 k2k3 k4 k5
§3.2.1 原子能级及能带理论
3. 导体、绝缘体和半导体的能带论解释 对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子可
带，中间隔一禁带。
➢ 但是，两个能带并不相对应与s能级和p能级，而是上下
两个能带中都包含2N个状态，各可容纳4N个电子。
➢ 根据能量最小原理和泡利不相容原理，先占满低能量的
能带，然后再占据更高能量的能带。
➢ 4N个价电子正好填满下面低能量的能带，而上面高能
量的能带是空的，没有电子。
§3.2.1 原子能级及能带理论
价电子的共有化运动形成一个能带，使其处于价级分裂 后的能级上，叫做价带
价带的宽度约为几个电子伏特（eV）。 如果能带中（包括价带）所有的能级都按泡里不相容原
理填满了电子，则称为满带。
对于满带，其中的能级已为电子所占满，在外电场作用 下，满带中的电子并不能形成电流。
§3.2.2 晶体中电子的状态
满带中激发而成的空的量子状态形成的导电作用等效于 带正电荷的准粒子的导电，这些空的量子状态称为空穴
§3.2.1 原子能级及能带理论
3. 导体、绝缘体和半导体的能带论解释
半导体的禁带宽度一般比较窄，Eg约为0.1 ～2eV
➢ 半导体锗（Ge）的禁带宽度Eg为0.67eV ➢ 半导体硅（Si）的禁带宽度Eg为1.12eV ➢ 其他纯净的半导体的禁带宽度也都在1eV左右
§3.3 半导体的特性
1. 理想半导体的能带模型
半导体材料中的能带理论
半导体材料中的能带理论半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，它具有介电常数较大、禁带宽度较小的特点，使得半导体具备了一些独特的物理和电学特性，因此在现代电子工业中得到了广泛的应用。
而能带理论是描述半导体材料电学特性的关键理论，本文将简要介绍半导体材料中的能带理论。
一、能带结构半导体中的电子能量是量子化的，只能取离散值，禁带是能带间，其中不存在任何能态。
禁带的带宽被称为“禁带宽度”，半导体的禁带宽度一般在0.2~2.0电子伏之间。
半导体的能带结构也称作“布拉格结构”，包括导带和价带两部分。
从能量低到高，能带结构可分为：价带、禁带、导带、导带。
二、载流子和掺杂载流子是真正实现能量传递的物体，也是半导体材料的一种重要特性。
载流子分为电子和空穴两种。
在半导体中，掺杂是引入杂质来改变半导体本身的电性。
掺杂主要分为施主和受主掺杂，施主掺杂通常是弥散的五价元素掺杂，受主的通常是弥散阴离子掺杂。
三、费米能级和掺杂材料的禁带结构在空间一个位置处电子密度恒定的状态被称为“热平衡状态”，在半导体中热平衡载流子的分布可以通过费米-狄拉克分布函数进行描述。
费米能级（Ef）是所有热平衡载流子都能够达到的电势能量较低的状态的能量，它随着原子间距的变化而变化。
掺杂后半导体中添加施主或受主材料时禁带宽度会发生变化，这是由于新材料原子与原有的原子有轻微区别的缘故，而原有原子间距改变，进而导致费米能级位置变化。
四、载流子的电子迁移和复合半导体中载流子的运动与电子迁移有关，载流子沿电场方向迁移而形成电流。
复合是指电子和空穴重新结合而减少载流子浓度的过程。
在复合过程中会释放出能量，这种能量可以是光子或声子。
复合速率决定了半导体的响应速度，它与载流子浓度直接相关，即浓度越高，复合速率越快。
五、PN结和半导体激光器PN结是一种由P型半导体和N型半导体组成的电子器件。
这种器件中，N型半导体中的自由电子与P型半导体中的空穴相遇，产生复合，导致带电粒子互相抵消，形成绝缘带区，这就形成了PN结。
半导体器件中的能带理论研究
半导体器件中的能带理论研究在现代科技的广泛应用中，半导体器件扮演着至关重要的角色。
无论是计算机、手机还是各种电子设备，都离不开这些精密的器件。
而半导体器件的核心理论之一，就是能带理论。
能带理论是揭示半导体特性的基石，下面将从能带理论的原理、研究方法及其在半导体器件中的应用等方面进行探索。
一、能带理论的基本原理能带理论是描述半导体中电子能量分布的理论框架。
在固体中，电子的行为与在自由空间中有所不同，因为它们受到晶格中其他离子的作用。
为了研究这种行为，科学家引入了能带的概念。
能带是指在固体中允许电子存在的能量范围。
根据量子力学的原理，每个能量范围内只能容纳一定数量的电子，超过的电子会被拒绝进入。
根据固体中电子的能量分布情况，可以把能带分为价带和导带。
价带是离子完全填充了电子的能带，其电子处于稳定状态。
而导带是离子未完全填充电子的能带，其中的电子可以跃迁到其他能量状态中。
在半导体中，导带与价带之间存在能隙，也被称为禁带宽度。
能隙大小决定了半导体的导电特性，而其能隙的带宽则由半导体材料的种类决定。
二、能带理论的研究方法为了深入了解半导体器件中的能带特性，科学家们采用了多种研究方法。
其中，最常用的方法之一是理论模拟。
通过建立数学模型和运用相应的物理方程，可以计算得到特定半导体材料的能带结构和能隙特性。
这种方法对于指导实验设计以及预测材料性能具有重要意义。
另一种常用的研究方法是实验测量。
科学家们利用现代高精度实验设备，如电子显微镜和能谱仪等，对半导体材料的能带结构进行实时监测。
这种方法可以提供直接的实验数据，从而验证理论模型的准确性，并为进一步的理论探索提供参考。
三、能带理论在半导体器件中的应用能带理论的研究成果不仅为理解半导体器件的性能提供了理论依据，同时也为半导体器件的设计和优化提供了重要的指导。
例如，在半导体器件的研发过程中，研究人员可以基于能带理论预测不同材料的能隙宽度，从而选择合适的半导体材料。
此外，通过研究能带理论，科学家们还可以揭示半导体器件的导电机理。
半导体材料中的能带理论和光谱学
半导体材料中的能带理论和光谱学在半导体材料中，能带理论是一个关键的物理学理论。
这个理论解释了为什么半导体材料可以被用于电子学和光电子学。
光谱学也是研究半导体材料的重要领域，它是研究被吸收、发射或散射的光的特性的学科。
在本文中，我们将探讨半导体材料中的能带理论和光谱学。
能带理论半导体材料中的能带理论解释了在材料中的电子是如何被激发和传输的。
在半导体材料中，原子的价电子被束缚在原子核周围，但当多个原子结合在一起，它们的价电子会形成一个更大的能级，称为价带。
电子将填充到最低能级的可用带中，这被称为价带。
价带上方是一个未被填充的能带，被称为能带。
这个未被填充的能带允许电子被激发并移动。
半导体材料的能带结构决定了它们的电学和光学性质。
获得半导体材料中的导电性最关键的是将电子从价带移动到导带中。
受到温度、掺杂和光激发的影响，电子从价带到导带的过程被控制。
半导体材料中的掺杂实际上是通过添加少量的其他元素（称为杂质）来实现的。
通常，掺杂剂会添加强电子或弱电子，通过这些插入的电子来改变材料的导电性质。
这些杂质的掺杂会在价带或导带上产生额外的电荷，从而改变材料的导电性质。
光谱学光谱学是研究半导体材料中光的特性的学科。
光在材料中的行为取决于材料的能带结构和其制造过程。
例如，在半导体材料中加入杂质，可以改变其光学和电学特性。
半导体材料的吸收光谱研究了材料作为吸收体时从光子中吸收的特定能量。
这种吸收与材料的能带结构密切相关。
能带中的电子可以在吸收光子能量后从一个能级跃迁到另一个能级，这种跃迁被称为激发。
根据能带结构的不同，在不同材料中观察到的这些吸收谱也会有所不同。
射频场的辐射也是研究半导体材料的重要光学手段之一。
通过向材料施加高频电场，可以产生强大的射频辐射，进而形成一些新的光谱现象。
例如，在一些较新的研究中，人们使用磁共振技术研究了半导体样品的输运过程。
在光电子学中，光谱学也非常重要。
例如，在半导体激光器中，反向操作电子跃迁导致光放大，这进一步增强了光与半导体材料之间的相互作用。
半导体材料的能带理论模型研究
半导体材料的能带理论模型研究近年来，随着科技的发展和电子行业的蓬勃发展，半导体材料作为一种重要的材料在电子器件中得到广泛应用。
而半导体材料在实际应用中的性能和特性研究，离不开能带理论模型的探索和研究。
本文将着重探讨半导体材料的能带理论模型，并对其在实际应用中的意义进行分析。
一、能带理论的基本概念能带理论是半导体材料研究中的重要理论基础，它描述了电子在半导体中的能量分布情况。
在晶体中，原子之间的相互作用导致能量级的分裂，形成禁带和导带。
禁带是带有能量阻隔的区域，其内的电子不能存在；而导带是带有能量的区域，其内的电子能够自由运动。
根据原子之间的电子结构和排布，半导体材料可以分为导电型和绝缘型。
二、晶格结构和能带模型晶格结构是影响半导体材料性能的重要因素之一。
晶格结构的不同导致了半导体材料能带的变化，从而影响了其导电性能。
根据晶格结构的不同，半导体材料可以分为块状、线状和点状结构。
这些结构中的原子排列方式和间距会影响能量分布情况，进而影响能带的形态和宽度。
三、半导体的能带结构和电子运动半导体材料的能带结构决定了电子在其中的运动方式。
在晶体中，电子能量受限于带隙范围内。
当温度升高或外界施加电场时，电子可以从价带跳跃到导带，带来电导率的增加。
而带隙宽度越小，电子跃迁的概率就越大，电导率越高。
四、外界因素对能带结构的影响除了晶格结构的差异外，外界因素也会对半导体材料的能带结构产生影响。
温度、压力和外界电场的变化都会改变半导体材料的能带结构。
例如，温度升高会导致电子激发，增加了能量跃迁的概率；外界电场的施加会引起带隙的改变，影响电子的跃迁。
这些外界因素的影响需要通过实验和模拟进行研究。
五、能带理论模型在实际应用中的意义能带理论模型为半导体材料的研究和应用提供了重要的理论依据。
通过对能带结构的研究，可以预测半导体材料的导电性能和响应特性。
从而在半导体器件设计和制造过程中，提前预测材料性能，优化器件结构，提高器件性能和效率。
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一. 前言
光子晶体也许现在的你对光子晶体这个名字并不熟悉，然而正如20世纪初人们对硅这种半导体材料的懵懂一样，也许在21世纪末的时候，你将对这个名词耳熟能详。
因为，到时从你的书桌上摆着的高速个人电脑（上百甚至上千G Hz 的运算速度），到快速而便捷的网络设施，甚至直至你家中能够根据室内实际温度自动开关调节的空调系统，都可能要得益于这种前途光明的新型材料的伟大功劳。
光子晶体是一个很前沿的话题，同时它也是一个很深奥的物理概念。
要想把光子晶体解释清楚，并不是一件容易的事。
但是要想了解它，可以先从它产生的背景说起。
我们现在都知道，半导体在我们的生活中充当了重要的角色。
利用它的一些区别于导体和绝缘体的特殊的性质，人们制造出了许多的现代固体电子与光电子器件。
收音机、电视、计算机、电话、手机等等无一不再应用着半导体制成的芯片、发光二极管（LED）等等元件。
而给我们带来这么多便利的半导体材料大多是一些晶体。
二.晶体知识.
晶体和半导体中所谓的晶体，是指内部原子有序排列，形成一种周期性的重复结构，而往往就是这些重复性的结构存在，才决定了半导体的特殊性质。
晶体又分单晶和多晶：单晶——在一块材料中，原子全部作有规则的周期排列，由于内部的有序性和规则性，其外形往往是某种规则的立体结构。
多晶——只在很小范围内原子作有规则的排列，形成小晶粒，而晶粒之间有无规则排列的晶粒界[j ,HSOv) 隔开。
我们熟悉的硅、锗等晶体就属于单晶。
半导体分类：半导体可分为本征半导体、P型半导体、N型半导体。
本征半导体：硅和锗都是半导体，而纯硅和锗晶体称本征半导体。
硅和锗为4价元素，其晶体结构稳定。
P型半导体：P型半导体是在4价的本征半导体中混入了3价原子，譬如极小量（一千万之一）的铟合成的晶体。
由于3价原子进入4价原子中，因此这晶体结构中就产生了少一电子的部分。
由于少一电子，所以带正电。
P型的“P”正是取“Positve（正）”一词的第一个字母。
N型半导体：若把5价的原子，譬如砷混入4价的本征半导体，将产生多余1个电子的状态结晶，显负电性。
这N是从“Negative（负）”中取的第一个字母。
二极管的原理：如图一是未加电场（电压）的情况P型载流子和N型载流子随机地在晶体中。
若在图二中的N端施加正电压，在P端施加负电压，内部的载流子，电子被拉到正电压方，空核被拉到负电压方，从而结合面上的载流子数量大大减少，电阻便增大了。
如图三加相反电压，此时内部载流子通过结合面，变得易于流动。
换言之电阻变小，电流正向流动。
请记住：二极管的正向导通是从P型指向N型，国际的标法是：三角形表示P型，横线是N型。
二极管在0.6V以
上的电压下电流可急剧移动，反向则无！
三.能带理论能级（Enegy Level）
在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。
每个壳层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级分布。
为简明起见，在表示能量高低的图上，用一条条高低不同的水平线表示电子的能级，此图称为电子能级图。
能带（Enegy Band）：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，以硅为例，每立方厘米的体积内有5×1022个原子，原子之间的最短距离为0.235nm。
致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，这种现象称为电子的共有化。
从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。
禁带（Forbidden Band）：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。
原子壳层中的内层允许带总是被电子先占满，然后再占据能量更高的外面一层的允许带。
被电子占满的允许带称为满带，每一个能级上都没有电子的能带称为空带。
价带（Valence Band）：原子中最外层的电子称为价电子，与价电带。
导带（Conduction Band）：价带以上能量最低的允许带称为导带。
导带的底能级表示为Ec，价带的顶能级表示为Ev，Ec与Ev之间的能量间隔为禁带Eg。
导体或半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电流）来实现的，这种电流的载体称为载流子。
导体中的载流子是自由电子，半导体中的载流子则是带负电的电子和带正电的空穴。
对于不同的材料，禁带宽度不同，导带中电子的数目也不同，从而有不同的导电性。
例如，绝缘材料SiO2的Eg约为5.2eV，导带中电子极少，所以导电性不好，电阻率大于1012Ω·cm。
半导体Si的Eg约为1.1eV，导带中有一定数目的电子，从而有一定的导电性，电阻率为10-3—1012Ω·cm。
金属的导带与价带有一定程度的重合，Eg=0，价电子可以在金属中
自由运动，所以导电性好，电阻率为10-6—10-3Ω·cm。
四.其它知识原理.
能带是现代武力学描写固体中原子外层电子运动的一种图象.当许多原子互相靠近结成固体时,它们的内层电子仍然组成围绕个原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而,外层价电子的运动久深受干扰,这是由于在固体中的领近原子所产生的点场而引起的.按照原子理论,原子中的电子只有占据某些能级,然而在结晶格中能级改变了,发现电子能在某些整个能带内运动,每一能带是与一个原子的能级相关联的.泡利不相容原理限制能占有某个n1原子能级的电子数,同样这原理也限制结晶格的能带内所能容纳的电子数.导体内的能带:在外界电场作用下价带内的最上面的电子在不违反不相容原理的情况下获得一些额外的少许能量而到能带能带内附近许多空的状态去,和无序的热激发明显不同的是受电场激发的电子在与场相反的方向上获得动能,结果在晶体内产生一种集体运动,从而构成电流.因此,良导体(金属)是那些最高能带未被完全填满的固体.实际上由于最高能带可能发生重叠,所以情况稍复杂一些,事实上对大多数金属或导体而言,最上曾层能带相重叠是很常见的很普通的情形.有一些物质,它们的原子具有满充壳层,但是在固体时由于最上层的满带和一个空带重叠的话,它们成为导体,人们常称这些物质为半金属.在这类物质中,激发一个电子的惟一肯能性时把他转移到空的导带中,但这要需要几个伏特的能量,因此,一个外加的电场就无法使价带中的电子加速,因而不能产生净电流.所以这类物质叫作绝缘体.例如,钻石在平衡距离下,约1.5*10-10m,最低的能带即价带与上面的空带之间的能隙约为6ev,这可以看作是一个相当大的能隙,它说明了为什么钻石是这么好的绝缘体.因此,绝缘体是他们在最上面的价带是满的,同时和下一个空带之间有几个电子伏特能隙的固体.但在原子平衡间距下价带与导带之间案的能隙要小的多(在硅中为1.1ev,在锗中为0.7ev)于是要将价带中最上面的电子激发到导带内是比较容易的.当温度升高时,有更多的电子能够跳到下一个能带去.
有这样两个结果:1.在上面的导带内少数电子所起的作用和它们在金属中所起的作用相同;而价带中留下的空态即空穴起着类似的作用,不过它们好像似正的电子.因此,它们有来自导带中的激发电子和来自价带中的空穴的导电性;温度升高时,由于更多的电子被激发到导带,所以,所以电导率随温度而迅速增加.例如,硅,当温度从250k增加到450k时,激发电子的数目增加10^6倍.因此,半导体是它们的价带和导带之间的能隙约为1ev或更小,因而比较容易用加热方法把电子从价带中激发到导带中.总之,温度是半导体器件中最重要的因素,因此在光电电路设计时应注意温度的控制.光电器件而言,
最重要的参数是灵敏度,迟豫时间和光谱分析.。