能级为什么分解成能带 为何能级会分解成能带

能级为什么分解成能带

固体材料中的原子由于相互作用，在特定的条件下会组成晶格。在晶格中，每个原子的电子会和相邻的原子发生相互作用，形成了分子轨道。由于电子占据的能级数目是有限的，当原子足够多时，由于原子之间的相互作用，这些能级就会分裂成为一个个区间，也就是我们所说的能带。

能带的形成

能带的形成可以通过简单的晶体结构进行说明。我们可以取一个简单的正方晶格为例，一个原子分别和它四周的相邻原子产生相互作用，由于这个相互作用的作用范围是非常短的，通常只有原子之间的距离，因此相互作用的作用范围可以看做是“离散”的。

对于一个晶体，我们可以看做是由若干个晶格构成的。在每个晶格内，电子的情况都是相同的。晶格之间的电子态则不同，因为相邻两个晶格中电子之间的相互作用是不同的。如果我们认为晶体中的电子都处于非常近似于自由电子状态，那么这个不同就可以看做是一个电子势，也就是说我们可以认为整个晶体中的电子状态是由若干个电子势垒组成的。

这样，当电子数目很多时，由于电子和电子势之间的相互作用，原来能量间隔很小的能级就会分裂成为一个个区间，也就是所谓的能带。

导体、绝缘体和半导体的能带结构

不同的材料由于晶体结构的不同，具有不同的能带结构。对于导体来说，其导电性质是由于它的导带部分存在自由电子。在导体的能级结构中，导带和价带相互重叠，这意味着电子只需花费非常小的能量就可以从价带跃迁到导带。

对于绝缘体来说，其导电性质是非常差的。这是因为在绝缘体的能带结构中，导带和价带之间存在非常大的能隙，需要花费很大的能量才可以由价带跃迁到导带。因此在绝缘体中，电子很难实现跃迁，其导电性质非常差。

半导体的能带结构介于导体和绝缘体之间。在半导体的能带结构中，导带和价带之间的能隙很小，电子只需要克服较小的能隙就可以实现跃迁，因此半导体的导电性介于导体和绝缘体之间。

能带结构对材料性质的影响

能带结构对材料的物理和化学性质具有重要的影响。由于能带结构的不同，不同的材料具有不同的电学性质、导热和热扩散性质、机械性质等。

例如，对于金属来说，由于其导带中有大量的自由电子，因此金属具有良好的导电性和导热性。然而，由于自由电子的存在，导致了金属的强度和硬度较低。

对于半导体来说，电学性质可以通过掺杂来实现控制。掺杂可以改变半导体的能带结构，从而使其具有导电性质或导电型半导体等，并被广泛应用于集成电路等领域。