能調節能帶結構的方法(能帶結構的程序)
1.能帶結構的程序
計算材料的能帶結構即色散曲線(xiàn)E(k)，步驟為（并以計算fcc結構Al的能帶結構為例進(jìn)行說(shuō)明）：
* 根據特殊k點(diǎn)的走向，選取特殊k點(diǎn)及特殊k點(diǎn)間的分割點(diǎn)數，準備好產(chǎn)生k點(diǎn)的輸入文件syml
6 ！特殊k點(diǎn)的個(gè)數
20 20 20 10 20 ！特殊k點(diǎn)間的分割點(diǎn)數
X 0.5 0.0 0.5 ！特殊k點(diǎn)的坐標，相對于倒格子矢量
G 0.0 0.0 0.0
L 0.5 0.5 0.5
W 0.5 0.25 0.75
K 0.375 0.375 0.75
G 0.0 0.0 0.0 ！下面三行，前三列是正格子基矢，后三列是倒格子基矢
0.000000000 1.987500000 1.987500000 -0.251572327 0.251572327 0.251572327
1.987500000 0.000000000 1.987500000 0.251572327 -0.251572327 0.251572327
1.987500000 1.987500000 0.000000000 0.251572327 0.251572327 -0.251572327
-20.0 15.0 ！在畫(huà)能帶結構時(shí)，每個(gè)特殊k點(diǎn)所對應的豎線(xiàn)的能量范圍
7.068339 ！費米能級
* 用程序gk.x產(chǎn)生k點(diǎn)，得到KPOINTS文件。
注釋?zhuān)撼绦騡k.x是由gk.f文件編譯后得到的目標文件，其輸入文件為syml，輸出文件為KPOINTS, inp.kpt。
* 緊接著(zhù)利用前面計算得到的自洽電荷密度作一次非自洽的計算。
采用命令解壓保存的電荷密度文件chg.tgz:tar xzvf chg.tgz
另外設置ISTART=1, ICHARG=11， 并增加NBANDS的值，ISMEAR采用默認值
SYSTEM = Al-fcc
ENCUT = 250
ISTART = 1; ICHARG = 11
#ISMEAR = -5
NBANDS = 12
PREC = Accurate
計算完后得到本征值文件EIGENVAL。
注意：對于4.4系列版本，在計算能帶結構時(shí)設置NBANDS的值應該與計算自洽的電荷密度時(shí)設置的NBADS一致。對4.5以上版本，可以不一致。
* 從自洽電荷密度計算得到的OUTCAR文件中找到倒格子矢量和費米能級，并粘貼到syml文件中，然后用程序pbnd.x把EIGENVAL轉換為成bnd.dat（本征值，并以費米能級為參考零點(diǎn)）和highk.dat（用來(lái)畫(huà)豎線(xiàn)），然后用軟件origin畫(huà)圖。
注釋?zhuān)撼绦騪bnf.x是通過(guò)編譯pbnd.f得到的可執行文件，其輸入文件為EIGENVAL和
syml，輸出文件為BANDS、bnd.dat和highk.dat。pbnd.f可以處理自旋極化情況下計算得到的 EIGENVAL，不再輸出bnd.dat而是upbnd.dat和dnbnd.dat這兩個(gè)文件，分別對應自旋向上和向下的能帶。
提示：在計算能帶結構時(shí)，采用ISMEAR = 0或1對結果的影響非常小，可以認為是一樣的。但是不能采用ISMEAR = -5 或-4。
2.能帶的結構簡(jiǎn)介
固體材料的能帶結構由多條能帶組成，能帶分為傳導帶（簡(jiǎn)稱(chēng)導帶）、價(jià)電帶（簡(jiǎn)稱(chēng)價(jià)帶）和禁帶等，導帶和價(jià)帶間的空隙稱(chēng)為能隙。
能帶結構可以解釋固體中導體、半導體、絕緣體三大類(lèi)區別的由來(lái)。材料的導電性是由“傳導帶”中含有的電子數量決定。當電子從“價(jià)帶”獲得能量而跳躍至“傳導帶”時(shí)，電子就可以在帶間任意移動(dòng)而導電。
一般常見(jiàn)的金屬材料，因為其傳導帶與價(jià)帶之間的“能隙”非常小，在室溫下 電子很容易獲得能量而跳躍至傳導帶而導電，而絕緣材料則因為能隙很大（通常大于9電子伏特），電子很難跳躍至傳導帶，所以無(wú)法導電。一般半導體材料的能隙約為1至3電子伏特，介于導體和絕緣體之間。因此只要給予適當條件的能量激發(fā)，或是改變其能隙之間距，此材料就能導電。 所有固體物質(zhì)都是由原子組成的，而原子則由原子核和電子組成。原子核外的電子在以原子核為中心的圓形軌道上運動(dòng)，距離原子核越遠的軌道其能級（電位能的級別）越高，電子也就越容易脫離原子的束縛，變成可以運動(dòng)的自由電子。這有點(diǎn)像手上的風(fēng)箏，放得越高，其運動(dòng)能量越大，掙脫線(xiàn)的束縛的可能性越大。所以，最外層的電子最活躍，決定了與其他原子結合的方式（化學(xué)鍵），決定了該元素的化學(xué)性質(zhì)，也就決定了該原子的價(jià)值，因此被稱(chēng)作為“價(jià)電子”。以硅原子為例，其原子核外有14個(gè)電子，以“2、8、4”的數量分布在三個(gè)軌道上，里面2和8個(gè)電子是穩定的，而外部的4個(gè)電子狀態(tài)容易發(fā)生變化，因此其物理、化學(xué)特性就與它的4個(gè)價(jià)電子強相關(guān)。原子的電子狀態(tài)決定了物質(zhì)的導電特性，而能帶就是在半導體物理中用來(lái)表征電子狀態(tài)的一個(gè)概念。在固體電子學(xué)中有一套能帶理論，便于研究固體（包括半導體）物質(zhì)內部微觀(guān)世界的規律。
當原子處于孤立狀態(tài)時(shí)，其電子能級可以用一根線(xiàn)來(lái)表示；當若干原子相互靠近時(shí)，能級組成一束線(xiàn)；當大量原子共存于內部結構規律的晶體中時(shí)，密集的能級就變成了帶狀，即能帶。能帶中的電子按能量從低到高的順序依次占據能級。下面是絕緣體、半導體和金屬導體的能帶結構示意圖。最下面的是價(jià)帶，是在存在電子的能帶中，能量最高的帶；最上面是導帶，一般是空著(zhù)的；價(jià)帶與導帶之間不存在能級的能量范圍就叫做禁帶，禁帶的寬度叫做帶隙（能隙）。絕緣體的帶隙很寬，電子很難躍遷到導帶形成電流，因此絕緣體不導電。金屬導體只是價(jià)帶的下部能級被電子填滿(mǎn)，上部可能未滿(mǎn)，或者跟導帶有一定的重疊區域，電子可以自由運動(dòng)，即使沒(méi)有重疊，其帶隙也是非常窄的，因此很容易導電。而半導體的帶隙寬度介于絕緣體和導體之間，其價(jià)帶是填滿(mǎn)的，導帶是空的，如果受熱或受到光線(xiàn)、電子射線(xiàn)的照射獲得能量，就很容易躍遷到導帶中，這就是半導體導電并且其導電性能可被改變的原理。
由于半導體的帶隙窄，電子容易發(fā)生躍遷，因而導電性能容易發(fā)生大的變化；電子狀態(tài)的變化還可能帶來(lái)其他效應，比如從高能級到低能級躍遷過(guò)程中多余的能量以光子的形式釋放，則產(chǎn)生“發(fā)光”現象。獨特的能帶結構，正是半導體具有百變魔力之源。
3.有關(guān)能帶結構問(wèn)題：怎么重疊的、能帶什么形狀,是不是球殼形的
能帶理論跟之前的比較具象的電子移動(dòng)的理論根本不同吧，何來(lái)“什么形狀”之說(shuō)？能帶本質(zhì)是能級的重疊，能級還有形狀嗎？具體來(lái)說(shuō)：
1、內部電子應該不會(huì )分裂成能帶，因為能帶理論是用來(lái)解釋導電性等物理特性的理論，參與討論的必須是價(jià)電子、以及受激電子，內部電子一般不考慮，所以不存在會(huì )不會(huì )分裂成能帶的問(wèn)題；
2、按照理論來(lái)說(shuō)，應該是N越大，能帶就越寬，也就是處于成鍵軌道和反鍵軌道的電子越多，但是此事應該以事實(shí)為基礎，理論不見(jiàn)得正確，有可能觀(guān)察到的現象并不是這樣；
3、這個(gè)我不敢確定，硅的1S和2P？這個(gè)不是價(jià)電子啊。硅的3S能帶全滿(mǎn)，3P能帶不滿(mǎn)也不空，硅半導體的禁帶能量不大，電子可從價(jià)帶躍遷到導帶。至于1S和2P的能級分裂，恕在下無(wú)能為力；
4、兩個(gè)硅原子？能帶理論針對的是大量的原子，只有大量原子的軌道重疊才能形成類(lèi)似一條連續的能量帶一樣的“能帶”，討論兩個(gè)硅原子似乎沒(méi)什么意義，不過(guò)大約就是金屬分子軌道理論里一樣，軌道簡(jiǎn)并就好，但是應該不能稱(chēng)為“能帶”。
5、老實(shí)說(shuō)，不知道。主要是不明白跟內層電子有什么聯(lián)系……
對于這個(gè)理論我也實(shí)在一知半解，這種問(wèn)題其實(shí)我覺(jué)得應該問(wèn)問(wèn)化學(xué)院的老師們（如果你是學(xué)生，不過(guò)我估計老師們也可能會(huì )有不同的見(jiàn)解），或者查查歷史上相關(guān)實(shí)驗和資料的文檔。
4.影響半導體能帶結構的因素有哪些
半導體（ semiconductor），指常溫下導電性能介于導體（conductor）與絕緣體（insulator）之間的材料。
半導體在收音機、電視機以及測溫上有著(zhù)廣泛的應用。如二極管就是采用半導體制作的器件。
半導體是指一種導電性可受控制，范圍可從絕緣體至導體之間的材料。無(wú)論從科技或是經(jīng)濟發(fā)展的角度來(lái)看，半導體的重要性都是非常巨大的。
今日大部分的電子產(chǎn)品，如計算機、移動(dòng)電話(huà)或是數字錄音機當中的核心單元都和半導體有著(zhù)極為密切的關(guān)連。常見(jiàn)的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，而硅更是各種半導體材料中，在商業(yè)應用上最具有影響力的一種。
