锗、硅和砷化镓GaAs 等一些重要的半导体材料，都是典型的共价晶体。在共价晶体中，每个原子最外层的电子和邻近原子形成共价键，整个晶体就是通过这些共价键把原子联系起来。

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。

导带：

允带:允许电子能量存在的能量范围.

满带是指晶体中最低能带的各个能级都被电子填满，这样的能带称为满带。当满带中的电子从它原来占据的能级转移到同一能带中其它能级时，因受泡利不相容原理的限制，必有另一个电子作相反转移，总效果与没有电子转移一样。即外电场不能改变电子在满带中的分布，所以满带中的电子不能起导电作用。

直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中同一位置。电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。

间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。

间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。电子在k状态时的动量是（h/2pi）k，k不同，动量就不同，从一个状态到另一个必须改变动量。

禁带：价带与导带之间的区域。

绝缘体，半导体，导体的能级关系。

费米能级：由费米子组成的微观体系而言，每个费米子都处在各自的量子能态上。现在假想把所有的费米子从这些量子态上移开。之后再把这些费米子按照一定的规则（例如泡利原理等）填充在各个可供占据的量子能态上，并且这种填充过程中每个费米子都占据最低的可供占据的量子态。最后一个费米子占据着的量子态 即可粗略理解为费米能级。 虽然严格来说，费米能等于费米子系统在趋于绝对零度时的化学势；但是在半导体物理和电子学领域中，费米能级则经常被当做电子或空穴化学势的代名词。一般来说，“费米能级"这个术语所代表的含义可以从上下语境中判断。

　　费米子^[1] 是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。可以是电子、质子、中子。

　　对于金属，绝对零度下，电子占据的最高能级就是费米能级。

　　费米能级的物理意义是，该能级上的一个状态被电子占据的几率是1/2。

　　费米能级在半导体物理中是个很重要的物理参数，只要知道了他的数值，在一定温度下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定了。它和温度，半导体材料的导电类型，杂质的含量以及能量零点的选取有关。

将半导体中大量电子的集体看成一个热力学系统，可以证明处于热平衡状态下的电子系统有统一的费米能级。

泡利不相容原理（Pauli’s exclusion principle）指在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子。又称泡利原理、不相容原理引。一个原子中不可能有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子。

经典的解释

{费米能级是绝对零度时电子的最高能级.

如果真的想了解一些,建议咬牙看一看,我觉得我写的比较不好理解,物理本来就是这样.

我就从最简单的自由电子气体模型来解释.

自由粒子的波函数是平面波,波动方程是f(r)=(1/V^0.5)*Exp(i k*r)

k是平面波波矢,电子能量是E=(hk)^2/2m (这个h是除以2PI后的那个普朗克常数,原来表示此量的符号太不好找了)

可以看出,电子对于取不同的k时,可以处在不同能量状态.

下面引入k空间,尽量理解.

一般用周期性边界条件,f(x y z)=f(x+L y z)=f(x y+L z)=f(x y z+L )确定k的取值

kx=(2PI/L)Nx

ky=(2PI/L)Ny

kz=(2PI/L)Nz

Nx Ny Nz是整数,因此把k看作空间矢量,在k空间中,k只能取一个个分立的点.你可以想象以kx ky kz3个方向建立坐标系,因为Nx Ny Nz是整数,kx ky kz只能取到一个个点.就比如Nx是整数,永远不会有kx=(2PI/L)*0.4处被取到.

每个点代表一种k的取值,前面有说过,每个k都对应电子的不同能量状态,E=(hk)^2/2m ,这些能量状态也因为k的分立取值而只能分立出现,就是能级.

把电子放在k空间的各个点上,代表电子处在那个k值的状态,也对应一个能量状态,即处在该能级上.

因为泡利不相容原理,每个态上只可以放2个电子,(自旋相反)不会有第3个跟他们在同一个状态(k空间的各个点)上.

现在有一个总共有N个电子的体系,各个电子都处于什么状态哪?粒子总是先占据能量小的能级,从kx=0ky=0kz=0开始(显然这时候能量最小,不过这个模型有点局限,你不必理了)kx=0ky=0kz=1.....kx=33 ky=34 kz=34.....反正越来越大,越来越往能量更大的高能级上添.最后第N个电子会处在最高能级上(能量最大),这个能级就是费米能级.

注意:

1 不在绝对零度的话,电子填充能级不是仅仅由泡利不相容原理决定,因此费米能级是绝对零度时,电子的最高能级.

2 通常宏观体系的电子数N很大,电子填充能级时,在k空间的占据态,也就是可以处在的那N/2的点,会形成一个球形,称为费米球.这很好想象,粒子总是先占据能量小的能级,离(0 0 0)越近的能级(哪个点)先占据,最后被占据的点肯定不会有"支出去"的,而是程球形.这个球面叫费米面,有时也说费米面上的能级是费米能级.我前面说"第N个电子会处在最高能级上(能量最大),这个能级就是费米能级"是为了理解方便,实际上第N个电子,不见得比N-1的能级高了,简单的看kx=0ky=0kz=1和kx=0ky=1kz=0和kx=1ky=0kz=0不是能量一样吗?当离(0 0 0)很远后,这种k不同但能量一样或近似一样的点会更多,形成一个近似的球面--费米面.一般就认为费米面上的能级就是最高能级--费米能级.

3 从费米分布函数角度解释也可以,费米分布函数给出了不在绝对0度的情况下各个能级被占据的几率,费米能级是本征态占据几率1/2的态对应能级在绝对0度的极限.你可以看黄昆先生的固体物理.

4 你问这个问题,应该是大学生了吧.对于f(x y z)=f(x+L y z)=f(x y+L z)=f(x y z+L )确定k的取值,可以自己计算一下.波动方程只是为了得出能级概念,并不需要注意,解法可以去看量子力学.

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非辐射复合的本质就是将电子和空穴复合释放的能量转变为热能，但是通过实验还难以获得非辐射跃迁的详细信息，因此人们对它们的复合过程还不是太清楚。这里只讨论俄歇复合、无辐射复合中心复合、多声子复合等常见非辐射复合过程。

（一）俄歇复合

电子与空穴复合时，另一个电子(或空穴)获得能量跃迁到更高的能量状态的过程被称为俄歇复合过程。在俄歇复合过程中获得能量而跃迁到更高能态的载流子与晶格反复碰撞后失去能量。因为发生这种过程的几率与复合的两种载流子浓度和接受能量的载流子浓度三者的乘积成正比，所以载流子浓度高的材料俄歇复合过程就变得很重要。因此，发光器件的掺杂浓度不能太高，以减少俄歇复合过程。

（二）无辐射复合中心复合

无辐射复合中心是在测量波长的范围内不产生光辐射的复合中心。晶体缺陷或某些深能级杂质就是这一类非辐射复合中心。由于深能级通常接近本征费米能级，对载流子俘获截面很大，复合时可以通过能隙中许多能量间隔小的能级作发射多声子的跃迁，这就是非辐射复合中心的复合过程。

在纯的GaN材料中，低温下可以观察到自由电子被氧的深施主能级俘获的复合发光，但温度升高以后这种过程消失；另一方面，在施主或受主掺杂浓度大于10¹⁷ cm^-3的晶体中不出现这种发光，原因是氧施主周围的施主或受主发生俄歇过程，从而使能量转换为热能。晶体表面的表面复合也是一种非辐射复合中心，这种复合中心的浓度与晶体的表面处理有密切的关系。

（三）多声子复合

晶体中电子和空穴复合时可以发射多个声子释放能量。通常发光材料的能隙较宽，均在1eV以上，而一个声子的能量大约为0.06eV，所以同时发射多个声子的几率是很小的。但是晶体中存在许多杂质和缺陷，在能隙中分布着许多分立的能级，电子依次落入这些能级和连续发射多个声子仍然是可能的，最终可以释放大的能量。

发射声子就是将能量转移给晶格，可以用能量的位形坐标来解释这个能量转移的过程。晶格缺陷有定域电子态，在晶格缺陷和周围的原子距离对定域态有很大影响的情况下，电子定域态的位形坐标在激发后有变动，如图2.3所示。光跃迁可以用图2.3中的垂线表示，若基态与激发态的平衡位置不同，则当电子从A跃迁到B时伴随着晶格振动，这就是从B到C发射声子的过程。在激发态的平衡位置C点向基态D点跃迁时，伴随着发射光子和晶格振动，从D点的状态经过多声子发射而恢复初态。另外如果激发态C点上的电子吸收了激活能ΔE而激发到H点，H点是激发态与基态能量的接近点，容易引起电子态的变化，可以发生从激发态通过H点返回基态的非辐射跃迁，将能量以连续发射声子的形式放出，恢复初态。

发光二极管的发光效率取决于辐射复合几率与非辐射复合几率之比。制作高质量发光二极管就要适当掺杂减少非辐射复合中心，以提高发光二极管的发光亮度及效率。

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