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11.19: 能带理论
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11.19: 能带理论

当两个或多个原子聚集在一起形成一个分子时,它们的原子轨道结合在一起,产生不同能量的分子轨道。 固体中有大量原子,因此可以将大量原子轨道组合到分子轨道中。 这些分子轨道群组紧密结合在一起,形成了连续的能量区域,称为能带。

这些能带之间的能量差异称为能带隙。

导体,半导体和绝缘体

为了导电,价电子必须通过不同能量的轨道在整个固体中移动。 这由能带隙决定。 导体中的价电子占据了一个具有许多空轨道的能带。 因此,将电子移动到这些空轨道只需要少量能量。 这种小型能量差异“容易克服”,因此它们是良好的电导体。 半导体和绝缘体观察到两种类型的能带:一种是价带,几乎没有空轨道,另一种是导带,带有空轨道。 价带和导带之间的能量差或能带隙决定电子移动的容易程度。 在绝缘体中,能带隙太“大”了,极少的电子可以到达导带的空轨道;因此,绝缘体是较差的电导体。 另一方面,半导体的能带差距相对较小。 因此,当提供“中等”量的能量以将电子移出填充的价带轨道并移入导带的空轨道时,它们就可以导电。 因此,半导体优于绝缘体,但在导电性方面不如导体高效。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第8.4节:分子轨道理论。

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