能带结构图怎么理解?
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发布时间：2022-12-26 16:17
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时间：2023-11-02 10:13
如何考察一个能带（DOS）结构和复杂的相互作用 Part 1 Electric conctivity and Band structures
固体计算最终结果将以能带结构展示出来，关于能带结构，固体中化学键分析，轨道之间的相互作用的解释等是一个复杂的过程，这里只是简单的根据本人的经验对此作定性的描述. 根据Fermi面附近能带的分布情况，固体分为绝缘体（insulator），半导体（semi－conctor），导体（conctor），导体比较典型的是金属，能带在Fermi面附近是连续分布，主要由于金属d，s以及p轨道之间能级重叠导致了Fermi面能带的联系分布，金属电导的好坏不仅仅是看Fermi附近是不是存在可供电子跃迁的能级，还要看这些能级是不是扩展态（extended or delocalized states），如果是定域态（localized）那么及时Fermi附近呈现Metallic特性，电导不会比金属好，比如过渡金属化合物电导就要比金属本身差很多。过渡金属本身电导也会受到d轨道扩展程度的影响，比如3d系列Fe，Co，Ni等电导率不是很大，比起Cu，Ag等就差的远了，对于Fe等金属Fermi面主要陈分是3d轨道，而对于Cu和Ag，由于3d（4d）轨道已经成满层排列，因此Fermi面落在了扩展的s轨道上面，这些轨道上的电子类似于自由电子气，能带呈现抛物线的形式，E(k)=h^2k^2/2me; 具有比较高的电导率，相反Fe等的3d轨道成分也可以分为巡游电子（自由电子，轨道为扩展性，能带呈现抛物线特点）和定域轨道两类，定于轨道能带在k空间是离域的，色散关系比较平直，但在晶体实空间内高度的定域，受到原子核的Coulomb吸引作用比较强烈，难以发生迁移，因此如果填充电子落在这些d轨道上面，电导性会大大降低。当然具体取决于DOS或者能带是如何分布的，这个和晶体结构有关系。在一些化合物中如TiC等结构中，Fermi面最后落在以C2p轨道为主要成分的能带上面，p轨道主要参与结构共价键形成，这些电子能级一般定域在Ti和C原子周围，电子处于紧束缚状态，难以在外加电场下发生迁移，因此这时候化合物的电导会进一步下降。 Part 2 关于半导体能带的特点：
半导体能带类似于绝缘体，区别在于带隙数值，一般认为宽带隙半导体的能带最大在4eV左右。如果比这个更大，可以认为是绝缘体。半导体能带主要分成三个部分：valence band， band gap， conction band。
Valence band：主要由电负性较大的原子组成，如InP，价带主要是P的3s，3p轨道，导带一般是金属原子组成，如In的s，p轨道等。从化学键角度考虑，价带一般是Bonding，当然也有部分结构表现出Anti－bonding状态。
同质P-N结的能带结构图是如何得出的
p-n结基本概念是解决许多微电子和光电子器件的物理基础。对于许多半导场器件问题的理解不够深透，归根到底还在于对于p-n结概念的认识尚有模糊之处的缘故。
因为p-n结的一个重要特点就是其中存在有电场很强的空间电荷区，故p-n结的形成机理，关键也就在于空间电荷区的形成问题；p-n结的能带也就反映了空间电荷区中电场的作用。
(1) 载流子的转移：
p型半导体和n型半导体在此需要考虑的两个不同点即为（见图(a)）：①功函数W不同；②主要（多数）载流子种类不同。因此，当p型半导体和n型半导体紧密结合而成的一个体系——p-n结时，为了达到热平衡状态（即*量转移的动态平衡状态），就会出现载流子的转移：电子从功函数小的半导体发射到功函数大的半导体去，或者载流子从浓度大的一边扩散到浓度小的一边去。对于同质结而言，载流子的转移机理主要是浓度梯度所引起的扩散；对于异质结（例如Si-Ge异质结，金属-半导体接触）而言，载流子的转移机理则主要是功函数不同所引起的热发射。
(2) 空间电荷和内建电场的产生：
现在考虑同质p-n结的形成：在p型半导体与n型半导体的接触边缘附近处（即冶金学界面附近处），当有空穴从p型半导体扩散到n型半导体一边去了之后，就在n型半导体中增加了正电荷，同时在p型半导体中减少了正电荷，从而也就在p型半导体中留下了不能移动的电离受主中心——负离子中心；与此同时，当有电子从n型半导体扩散到p型半导体一边去了之后，就在p型半导体中增加了负电荷，同时在n型半导体中减少了负电荷，从而也就在n型半导体中留下了不能移动的电离施主中心——正离子中心。这就意味着，在p型半导体一边多出了负电荷（由电离受主中心和电子所提供），在n型半导体一边多出了正电荷（由电离施主中心和空穴所提供），这些由电离杂质中心和载流子所提供的多余电荷即称为空间电荷，它们都局限于接触边缘附近处，以电偶极层的形式存在，如图(b)所示。
由于在两种半导体接触边缘的附近处存在着正、负空间电荷分列两边的偶极层，所以就产生出一个从n型半导体指向p型半导体的电场，称为内建电场。在此，内建电场仅局限于空间电荷区范围以内，在空间电荷区以外都是不存在电场的电中性区。
至于势垒区中内建电场的分布形式，决定于空间电荷的分布，主要是决定于掺杂浓度的分布。对于掺杂浓度在p-n结冶金学界面处突然改变者，称为突变结，其中内建电场在势垒区两边的分布基本上是线性分布；对于掺杂浓度在p-n结冶金学界面处线性地改变者，称为线性缓变结，其中内建电场的分布近似为亚抛物线分布。
(3) p-n结的势垒和能带：
因为在p-n结界面附近处存在着内建电场，而该内建电场的方向正好是阻挡着空穴进一步从p型半导体扩散到n型半导体去，同时也阻挡着电子从n型半导体进一步扩散到p型半导体去。于是从能量上来看，由于空间电荷-内建电场的出现，就使得电子在p型半导体一边的能量提高了，同时空穴在n型半导体一边的能量也提高了；而在界面附近处产生出了一个阻挡载流子进一步扩散的势垒——p-n结势垒。根据内建电场所引起的这种能量变化关系，即可画出p-n结的能带图，如图(c)所示。在达到热平衡之后，两边的Fermi能级（EF）是拉平（统一）的。能带的倾斜就表示著电场的存在。
①势垒高度：
实际上，在p-n结界面处的内建电场就使得p型半导体与n型半导体之间产生了电位差——内建电势差（或内建电压）。电场越强，内建电势差就越大。此内建电势差所对应的能量差（能量差=电势差×电子电荷），即为p-n结的势垒高度。虽然势垒高度并不直接反映的......
band structure图怎么看
MS
计算能带图分析
能带图的横座标是在模型对称性基础上取的
K
点。为什么要取
K
点呢？因为晶体的周
期性使得薛定谔方程的解也具有了周期性。按照对称性取
K
点，可以保证以最小的计算量
获得最全的能量特征解。能带图横座标是
K
点，其实就是倒格空间中的几何点。其中最重
要也最简单的就是
gamma
那个点，因为这个点在任何几何结构中都具有对称性，所以在
castep
里，有个最简单的
K
点选择，就是那个
gamma
选项。纵座标是能量。那么能带图应
该就是表示了研究体系中，各个具有对称性位置的点的能量。
我们所得到的体系总能量，
应
该就是整个体系各个点能量的加和。
记得氢原子的能量线吧？能带图中的能量带就像是氢原子中的每条能量线都拉宽为一个
带。通过能带图，能把价带和导带看出来。在
castep
里，分析能带结构的时候给定
scissors
这个选项某个值，
就可以加大价带和导带之间的空隙，
把绝缘体的价带和导带清楚地区分出
来。
DOS
叫态密度，也就是体系各个状态的密度，各个能量状态的密度。从
DOS
图也可以
清晰地看出带隙、价带、导带的位置。要理解
DOS
，需要将能带图和
DOS
结合起来。分析
的时候，如果选择了
full
，就会把体系的总态密度显示出来，如果选择了
PDOS
，就可以分
别把体系的
s
、
p
、
d
、
f
状态的态密度分别显示出来。还有一点要注意的是，如果在分析的
时候你选择了单个原子，
那么显示出来的就是这个原子的态密度。
否则显示的就是整个体系
原子的态密度。要把周期性结构能量由于微扰裂分成各个能带这个概念印在脑袋里。
最后还有一点，这里所有的能带图和
DOS
的讨论都是针对体系中的所有电子展开的。研究
的是体系中所有电子的能量状态。
根据量子力学假设，
由于原子核的质量远远大于电子，
因
此奥本海默假设原子核是静止不动的，
电子围绕原子核以某一概率在某个时刻出现。
我们经
常提到的总能量，就是体系电子的总能量。
这些是我看书的体会，不一定准确，大家多多批评啊！
摘要：本文总结了对于第一原理计算工作的结果分析的三个重要方面，以及各自的若
干要点用第一原理计算软件开展的工作，分析结果主要是从以下三个方面进行定性
/
定量的
讨论：
1
、电荷密度图（
charge density
）
；
2
、能带结构（
Energy Band Structure
）
；
3
、态密度（
Density of States
，简称
DOS
）
。
电荷密度图是以图的形式出现在文章中，非常直观，因此对于一般的入门级研究人员
来讲不会有任何的疑问。
唯一需要注意的就是这种分析的种种衍生形式，
比如差分电荷密图
（
def-ormation charge density
）和二次差分图（
difference charge density
）等等，加自旋极化
的工作还可能有自旋极化电荷密度图（
spin-polarized
charge
density
）
。所谓
“
差分
”
是指原子
组成体系（团簇）之后电荷的重新分布，
“
二次
”
是指同一个体系化学成分或者几何构型改变
之后电荷的重新分布，
因此通过这种差分图可以很直观地看出体系中个原子的成键情况。
通
过电荷聚集（
accumulation
）
/
损失（
depletion
）的具体空间分布，看成键的极性强弱；通过
某格点附近的电荷分布形状判断成键的轨道
（这个主要是对
d
轨道的分析，
对......
如何画异质结的能带结构示意图，急求
没有明确的统一规定，一般你可模拟画个投影的外形，然后必须得有吊车的作业半径，就是多大吨位的半径（主勾、付勾的），证明你布置正确！不能和其它吊车、建筑物相撞，有能和本建筑有一很好的链接（有的塔吊还要与建筑有一临时支撑等）
我想画文献里的那种能带结构图。。。有办法吗？用软件画 10分
这要看你需要画的是什么图了，不同的图有特殊的要求。如果仅仅是普通的框架，word就可以了，要是什么设计之类的就是CAD，立体图那就多了，p顶o/E，3Dmax，MATLAB之类的，很多，总之要找到合适的，不知道你要画那种图了，呵呵
电子的能量为什么能得到不同的能带图
同质P-N结的能带结构图的得出方法如下：
因为在p-n结界面附近处存在着内建电场，而该内建电场的方向正好是阻挡着空穴进一步从p型半导体扩散到n型半导体去，同时也阻挡着电子从n型半导体进一步扩散到p型半导体去。于是从能量上来看，由于空间电荷-内建电场的出现，就使得电子在p型半导体一边的能量提高了，同时空穴在n型半导体一边的能量也提高了；而在界面附近处产生出了一个阻挡载流子进一步扩散的势垒——p-n结势垒。根据内建电场所引起的这种能量变化关系，即可画出p-n结的能带图。在达到热平衡之后，两边的Fermi能级（EF）是拉平（统一）的。能带的倾斜就表示著电场的存在。
P-N结的定义：
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导*作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。
