能帶結(jié)構(gòu)，又稱電子能帶結(jié)構(gòu)，物理學(xué)術(shù)語。在固體物理學(xué)中，固體的能帶結(jié)構(gòu)（又稱電子能帶結(jié)構(gòu)）描述了禁止或允許電子所帶有的能量，這是周期性晶格中的量子動(dòng)力學(xué)電子波衍射引起的。
材料的能帶結(jié)構(gòu)決定了多種特性，特別是它的電子學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。能帶結(jié)構(gòu)分析作為電子結(jié)構(gòu)分析中的重要的組成部分，成為了DFT計(jì)算文獻(xiàn)中經(jīng)常出現(xiàn)的分析內(nèi)容，今天小編就為大家介紹一些能帶的基本知識(shí)及如何進(jìn)行能帶分析。

·什么是能帶·

在形成分子時(shí)，原子軌道構(gòu)成具有分立能級(jí)的分子軌道。晶體是由大量的原子有序堆積而成的。由原子軌道所構(gòu)成的分子軌道的數(shù)量非常之大，以至于可以將所形成的分子軌道的能級(jí)看成是準(zhǔn)連續(xù)的，即形成了能帶。能帶就是能量與波矢K的函數(shù)關(guān)系圖。

在分析能帶結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)涉及到以下幾個(gè)概念：費(fèi)米能級(jí)以下的稱為價(jià)帶(valence band，VB)，價(jià)帶能量最高的地方稱為價(jià)帶頂(VBM，valance band maximum）;費(fèi)米能級(jí)以上的稱為導(dǎo)帶(conduction band，CB），導(dǎo)帶能量最低的地方稱為導(dǎo)帶底(CBM，conduction band minimum)；CBM和VBM之間的寬度稱為帶隙，一般用Eg表示。

·能帶分析的作用·

1.判斷材料的物理屬性

判斷方法：根據(jù)價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底之間的禁帶寬度來區(qū)分。禁帶為0則為金屬材料，禁帶寬度大于4.5ev為絕緣體，處于中間的材料則為半導(dǎo)體。

區(qū)別：導(dǎo)體中的導(dǎo)帶與價(jià)帶重疊在一起，導(dǎo)帶中的電子在獲得外界施加的能量時(shí)可以躍遷到附近的空能級(jí)，從而產(chǎn)生電流。相反，絕緣體的價(jià)帶和導(dǎo)帶之前禁帶寬度更大，價(jià)帶頂?shù)碾娮訜o法通過外加電場被激發(fā)到導(dǎo)帶，因此不導(dǎo)電。半導(dǎo)體的禁帶寬度處于絕緣體和導(dǎo)體之間，外加能量時(shí)由于禁帶寬度比絕緣體小，部分電子躍遷到導(dǎo)帶并在價(jià)帶留下空穴，導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴將獲得動(dòng)能，形成電流。

2.直接帶隙和間接帶隙

判斷方法：價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底是否位于同一個(gè)波矢k。位于同一個(gè)波矢則為直接帶隙，不同波矢為間接帶隙。

區(qū)別：直接帶隙半導(dǎo)體(右圖)的電子在躍遷時(shí)不需要釋放或吸收聲子(即晶格振動(dòng))，而間接帶隙半導(dǎo)體(左圖)需要，所以直接帶隙半導(dǎo)體中的電子更容易發(fā)生躍遷。一般發(fā)光器件和感光器件需要材料具有直接帶隙。

3.電子、空穴有效質(zhì)量

判斷方法：通過查看某條能帶的能量跨度來判斷。

區(qū)別：窄窗口分布的則表示電子定域分布，電子分布在原子核附近，因此導(dǎo)電性較差。反之導(dǎo)電性能較好。