近代半導(dǎo)體技術(shù)突飛猛進，得益于固體電子理論的發(fā)展，其基礎(chǔ)是電子能帶理論。所謂能帶，指固體原子中電子所處的不同能級，可以形象地用高低位置不同的線標志它們，位置愈高的線，代表的能級愈高。一定范圍內(nèi)的許多能級形成一條能帶，不同材料中能帶的數(shù)目和寬度不同。低位的能帶已經(jīng)被電子充滿，或僅有少量空缺（空穴），其中電子無法自由流動、躍遷，稱為價電子，故這個能帶也稱為價帶；高位的能帶是部分充填電子或全空的能帶，叫做空帶，空帶獲得電子后可以參與導(dǎo)電過程故又稱為導(dǎo)帶。這兩個能帶之間存在一個沒有電子，但存在一定能量差的一段空隙，這個空隙稱為帶隙或能障，正常狀態(tài)下它的作用是阻止價帶中的電子跳到導(dǎo)帶，變成自由電子，因而又被稱為禁帶。如圖3.2.4所示為電子能帶示意圖。

    禁帶的寬度隨物質(zhì)的不同而有區(qū)別。禁帶較窄時，電子容易獲得能量從價帶越過禁帶而躍入導(dǎo)帶。如果禁帶較寬，這種躍遷就很困難。由于禁帶具有能量差屬性，故禁帶寬度用能量單位電子伏特(eV)表示。半導(dǎo)體的禁帶小于5eV，絕緣體的能帶寬度通常大于5eV，而尋體的禁帶為零�？梢哉f正是由于禁帶的存在才構(gòu)成了導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的概念。
    電子能帶理論使我們對材料的電性能有了本質(zhì)的統(tǒng)一認識。材料之所以有導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體之分，實質(zhì)在于材料微觀結(jié)構(gòu)中帶隙寬度的不同。如圖3.2.5所示，絕緣體（如二氧化硅）的帶隙寬，電子幾乎不能從價帶躍遷到導(dǎo)帶，故表現(xiàn)出具有很高的電阻率，
即幾乎不導(dǎo)電；導(dǎo)體（如金屬鋁、鈉）的帶隙為零，價帶電子全為自由電子，因此導(dǎo)電性能很強；半導(dǎo)體（例如硅、鍺），有帶隙但比絕緣體窄，因此當材料獲得外來能量（例如溫度升高，或者受光照），或者材料微結(jié)構(gòu)改變（例如經(jīng)過摻雜后），半導(dǎo)體價帶中的電子就能夠從價帶躍遷到導(dǎo)帶，此時半導(dǎo)體的載流子數(shù)量大量增加，其導(dǎo)電性能也就大大增強了。
    能帶理論中有關(guān)禁帶寬度的概念是表征半導(dǎo)體材料的第一關(guān)鍵物理特征。禁帶寬度對半導(dǎo)體材料的多種特性起決定作用，例如禁帶寬度窄的材料，電子很容易從價帶被激發(fā)到導(dǎo)帶，對外界反應(yīng)靈敏，但同時熱穩(wěn)定性也差一些。半導(dǎo)體器件最大輸出功率正比于半導(dǎo)體材料禁帶寬度的四次方，因此禁帶寬度越寬，允許輸出功率越大。

    電子能帶理論與在此基礎(chǔ)上建立的載流子遷移率、飽和電子速度、臨界擊穿電場強度以及后來的多電子模式等電子材料微觀理論，奠定了半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)和工藝進步，已經(jīng)使禁帶寬度可以自由控制。通過在半導(dǎo)體中摻人不同雜質(zhì)，以及精確控制摻雜濃度和厚度，可以制造出各種各樣的半導(dǎo)體器件，從而使“點石成金"（或許說“點沙成金”更貼切）的神話變了成現(xiàn)實，演繹出近半個世紀信息技術(shù)翻天覆地的變革。   T9P77AF-03