一、什么是能带结构？

简单说，就是晶体中电子能量和动量（E-k）的关系。

自由电子能量是连续的，但在晶体里，原子规则排列形成周期性势场，电子能量就被“限制”在特定范围，这些范围就是能带。

二、能带怎么来的？

单个原子时，能级是分立的。

但当无数原子聚在一起形成晶体，原子能级会分裂成N个超密近的能级，像一条带子一样铺开，就形成了“能带”。

能带之间如果出现空隙，那就是“禁带”，禁带宽度直接决定材料是导体、绝缘体还是半导体。

三、能带结构为啥重要？

决定导电性：

• 导体：费米能级落在未填满的能带，很小电场就能产生电流。

• 绝缘体：禁带很宽，价带填满、导带为空，电子很难实现跃迁。

• 半导体：禁带宽度小，室温就可以发生电子激发，导电性受温度、光照、杂质影响很大。

决定光学性能：

带隙大小决定材料吸收光的最低能量，直接带隙适合做LED、激光器，间接带隙效率稍低。

决定热电性能：

能带越陡，有效质量越小，迁移率越高，器件速度越快。

四、能带图怎么读？

纵轴是能量，一般把费米能级归为 0，横轴为波矢 k。

• 直接带隙：价带顶 VBM、导带底 CBM 出现在同一个 k 点，跃迁发光效率高，适合发光器件。

• 间接带隙：两者 k 点位置不同，跃迁需要声子参与，发光效率低。

曲线越平缓，有效质量越大，迁移率越低；曲线越陡峭，迁移率越好。

想要获取有效质量，可对导带底、价带顶附近 E‑k 曲线做二次拟合，就可以得到对应数值。

搞懂能带，才能读懂材料的本征特性，为器件应用做理论支撑。