导带

导带（conduction band）是由自由电子形成的能量空间。即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。

基本概念

对于金属，所有价电子所处的能带就是导带。对于半导体，所有价电子所处的能带是所谓价带，比价带能量更高的能带是导带。在绝对零度温度下，半导体的价带(valence band)是满带(见能带理论)，受到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带(forbidden band/band gap)进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带——导带。

金属钠的能带示意图

导带的涵义

导带是半导体最外面（能量最高）的一个能带，是由许多准连续的能级组成的；是半导体的一种载流子——自由电子（简称为电子）所处的能量范围。导带中往往只有少量的电子，大多数状态（能级）是空着的，则在外加作用下能够发生状态的改变，故导带中的电子能够导电，即为载流子。导带底是导带的最低能级，可看成是电子的势能，通常，电子就处于导带底附近；离开导带底的能量高度，则可看成是电子的动能。当有外场作用到半导体两端时，电子的势能即发生变化，从而在能带图上就表现出导带底发生倾斜；反过来，凡是能带发生倾斜的区域，就必然存在电场（外电场或者内建电场）。导带底到真空中自由电子能级的间距，称为半导体的亲和能，即是把一个电子载流子从半导体内部拿到真空中去所需要的能量。这是半导体的一个特征参量。在固体能带理论中，指位于价带之上的能带。通常未被电子充满，因而电子可以在其中自由地或近似自由地运动。低于导带的能区完全为电子所填满，高于导带的能区则完全没有电子。满带的电子不能自由地穿过固体(即无传导电子)。因而一种材料中具有导带能量的电子的数目决定着这种材料传导电流的能力。如绝缘体中无导带电子故为不良导体；金属中有大量的导带电子，故为良好的导体。

导体、半导体和绝缘体的能带

导带与价带的关系

对于未掺杂的本征半导体，导带中的电子是由它下面的一个能带（即价带）中的电子（价电子）跃迁上来而形成的，这种产生电子（同时也产生空穴——半导体的另外一种载流子）的过程，称为本征激发。在本征激发过程中，电子和空穴是成对产生的，则总是有“电子浓度=空穴浓度”。这实际上就是本征半导体的特征，因此可以说，凡是两种载流子浓度相等的半导体，就是本征半导体。这就意味着，不仅未掺杂的半导体是本征半导体，就是掺杂的半导体，在一定条件下（例如高温下）也可以转变为本征半导体。价带的能量低于导带，它也是由许多准连续的能级组成的。但是价带中的许多电子（价电子）并不能导电，而少量的价电子空位——空穴才能导电，故称空穴是载流子。空穴的最低能量——势能，也就是价带顶，通常空穴就处于价带顶附近。价带顶与导带底之间的能量差，就是所谓半导体的禁带宽度。这就是产生本征激发所需要的最小平均能量。这是半导体最重要的一个特征参量。对于掺杂半导体，电子和空穴大多数是由杂质来提供的。能够提供电子的杂质称为施主；能够提供空穴的杂质称为受主。施主的能级处在靠近导带底的禁带中；受主的能级处在靠近价带顶的禁带中。

价带

导带与禁带的关系

在金属中，能带的分布是准连续的，电子遵守费米迪拉克分布于能带间，部分电子的能量高于费米能级并处于导带中，既可以自由移动，成为导体。在半导体中，由于存在规则的晶格结构，部分能级的波函数由于不能满足晶格的周期性边界条件而不存在，导致了价带和导带的分离，而中间的这部分能级的真空区域就称为禁带。量子力学证明：当N个原子相接近形成晶体时，由于共有化运动，原来单个原子中每一个允许能级要分裂成 N个与原来能级很接近的新能级。在实际的晶体中，由于原子数目N非常大，新能级又与原来能级非常接近，所以两个新能级间距离很小（相互间的能级差为10-22） ，几乎可把这一段能级看作是连续的。我们便把这N个能级所具有的能量范围称为“能带”。不同的能带之间可以有一定的能量间隔，在这个间隔范围内电子不能处于稳定状态，实际上形成一个能级禁区，称为“禁带”。此间距用禁带宽度 Ev来衡量。在晶体中，由价电子能级分裂而成的能带叫做“价带”，如某一能带被电子填满，则称之为“满带”，而在未激发情况下无电子填入的能带叫做“空带”，若价带中的电子受激而进入空带，则此空带称为“导带”，同时，价带上由于价电 子激发到导带后留下一些空着的能级称为“空穴”。 “价带”和“导带”之间是“禁带”。

金属、半导体和绝缘体的能带图