能隙（Bandgap energy gap）或译作能带隙，在固态物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带（valence band）顶端至导带（conduction band）底端的能量差距。

中文名

能隙

外文名

Bandgap energy gap

别名

能带隙

词性

专有名词

定义

能带理论是研究固体中电子运动规律的一种近似理论。原子包括原子核和外层电子，它们均处于不断的运动状态。为使问题简化，首先假定固体中的原子核固定不动，并按一定规律作周期性运动，然后进一步认为每个电子都是在固定的原子核周期势场及其他电子的平均势场中运动，这就把整个问题简化成单电子问题。能带理论近似属这种单电子近似理论，首先由F.布洛赫和L.-N.布里渊在解决金属的导电性问题时提出。

理论应用

对一个本征半导体（intrinsic semiconductor）而言，其导电性与能隙的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过能隙并跃迁至导带。利用费米-狄拉克统计（Fermi-Dirac Statistics）可以得到电子占据某个能阶（energy state）E0的机率。又假设

，EF是所谓的费米能阶（Fermi level），电子占据E0的机率可以利用波兹曼近似简化为：

在上式中，Eg是能隙的宽度、k是波兹曼常数（Boltzmann's Constant），而T则是温度。

半导体材料的能隙可以利用一些工程手法加以调整，特别是在化合物半导体中，例如控制砷化镓铝（AlGaAs）或砷化镓铟（InGaAs）各种元素间的比例，或是利用如分子束磊晶（Molecular Beam Epitaxy, MBE）成长出多层的磊晶材料。这类半导体材料在高速半导体元件或是光电元件，如异质接面双载子晶体管（Heterojunction Bipolar Transistor, HBT）、雷射二极管，或是太阳能电池上已经成为主流。

固体的能带

固体的导电性能由其能带结构决定。对一价金属，价带是未满带，故能导电。对二价金属，价带是满带，但禁带宽度为零，价带与较高的空带相交叠，满带中的电子能占据空带，因而也能导电，绝缘体和半导体的能带结构相似，价带为满带，价带与空带间存在禁带。无机半导体的禁带宽度从

，

共轭聚合物的能带隙大致在

,绝缘体的禁带宽度大于4.5eV。在任何温度下，由于热运动，满带中的电子总会有一些具有足够的能量激发到空带中，使之成为导带。由于绝缘体的禁带宽度较大，常温下从满带激发到空带的电子数微不足道，宏观上表现为导电性能差。半导体的禁带宽度较小，满带中的电子只需较小能量就能激发到空带中，宏观上表现为有较大的电导率。能带理论在阐明电子在晶格中的运动规律、固体的导电机构、合金的某些性质和金属的结合能等方面取得了重大成就，但它毕竟是一种近似理论，存在一定的局限性。例如某些晶体的导电性不能用能带理论解释，即电子共有化模型和单电子近似不适用于这些晶体。多电子理论建立后，单电子能带论的结果常作为多电子理论的起点，在解决现代复杂问题时，两种理论是相辅相成的。