带隙

概述

带隙是电子摆脱束缚态所需的最小能量。
当带隙能量被满足时，电子被激发成自由态，从而可以参与传导。
带隙决定了产生传导时需要从每个光子获取多少能量，以及每个光子可以产生多少能量。
在电子之前被束缚的地方将产生了一个空穴，该空穴也将参与传导。

半导体的带隙是激发处于束缚态的电子进入可以参与传导的自由态所需的最小能量。半导体的能带结构由了 y 轴上电子的能量表示，称为“能带图”。半导体的较低能级称为“价带”(E_V) ，电子可以被视为自由的能级称为“导带” (E_C)。带隙 (E_G) 是束缚态和自由态之间、价带和导带之间的能量间隙。因此，带隙是激发电子，使其参与传导所需的最小能量变化。

固体中电子能带的示意图。

一旦电子被激发进入导带，它就可以在半导体上自由移动并参与传导。然而，电子激发到导带也将产生额外的传导过程。电子被激发到导带，留下电子的空白空间。来自邻近原子的电子可以移动到这个空的空间中。当这个电子移动时，它会留下另一个空白空间。电子空白空间（称为“空穴”）的连续运动，可以用带正电粒子穿过晶体结构的运动来表示。因此，将电子激发到导带中不仅会在导带中产生电子，还会在价带中产生空穴。因此，电子和空穴都可以参与传导，被称为“载流子”。

移动“空穴”的概念类似于液体中的气泡。虽然实际上是液体在移动，但描述为气泡朝相反方向运动更加容易