在晶體中，電子處于所謂能帶狀態(tài)，而能帶與能帶之間隔離著禁帶。半導體最重要的能帶就是價帶和導帶，導帶底與價帶頂之間的能量差即稱為禁帶寬度。

禁帶寬度是半導體的一個重要特征參量，其大小主要決定于半導體的能帶結(jié)構(gòu)，即與晶體結(jié)構(gòu)和原子的結(jié)合性質(zhì)等有關。對于不同的半導體其值肯定是不同的。

半導體價帶中的大量電子都是價鍵上的電子，不能夠?qū)щ姡床皇?/span>載流子。只有當價電子躍遷到導帶而產(chǎn)生出自由電子和自由空穴后，才能夠?qū)щ姟Ｒ虼耍麕挾鹊拇笮嶋H上是反映了價電子被束縛強弱程度的一個物理量，也就是產(chǎn)生本征激發(fā)所需要的最小能量。

通常定義導帶的最低能量為E_C，即導帶底部的能量；定義價帶中的最高能量為E_V，即價帶頂部的能量，則禁帶寬度Eg為將電子從價帶激發(fā)到導帶所需要的最小能量，即Eg=E_C-E_V

  電離能指的是將一個電子從原子中完全的分離出來，并將其移動至真空能級。嚴格上來講，電離能與將電子從價帶激發(fā)到導帶所需要的能量并不相同。電子從價帶到導帶的轉(zhuǎn)移是激發(fā)，不是電離。在功率半導體器件領域中采用“電離”一詞，原因是導帶中電子表現(xiàn)得像自由電子一樣。但實際上，導帶電子依舊被晶格強烈影響的事實導致它們被區(qū)別于自由電子。下表對兩者進行了數(shù)值對比，兩者存在明顯的區(qū)別。

一些材料的禁帶寬度和嚴格意義的電離能

  可以從晶體的禁帶寬度對導體、半導體和絕緣體重新進行認識。金屬導體在絕對零度時，其全部價電子只能填滿其對應能帶的下半部，上半部則完全空著，因而其完全空著的能帶（導帶）和完全被電子占滿的能帶（價帶）之間沒有能量間隙，即沒有禁帶，或者說禁帶寬度為零。跟半導體中能量最高的一個滿帶是價帶不同，金屬導體的所有滿帶都由內(nèi)層電子占據(jù)著。一般認為，絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)及其在絕對零度時被電子填充的情況與半導體有些相似，即絕對零度下所有能帶要么全滿，要么全空。所不同的是，絕緣體全空能帶跟離它最近的一個全滿能帶之間的能隙較寬，即禁帶寬度非常寬。三者的能帶示意圖如下：

過去單純從禁帶寬度區(qū)分半導體和絕緣體，以至把現(xiàn)在普遍認可并非常看重的一些寬禁帶半導體，例如金剛石和氮化鋁等都歸類于絕緣體。金剛石和氮化鋁確實禁帶很寬，都在5eV以上，其價帶電子在室溫乃至相當高溫度下都難以向?qū)Ъぐl(fā)，因而它們在純凈狀態(tài)下跟絕緣體一樣，其導帶在較高溫度下也幾乎沒有電子。但是，跟硅這些典型半導體一樣，適當?shù)膿诫s，也會在一定的溫度下產(chǎn)生導帶中的電子，因而它們其實也是半導體。

根據(jù)半導體材料禁帶寬度的不同，可分為寬禁帶半導體材料和窄禁帶半導體材料。如果禁帶寬度小于2.0eV，則稱為窄禁帶半導體材料，如鍺、硅等；如果禁帶寬度在2.0~6.0eV之間，則稱為寬禁帶半導體材料，如SiC和GaN等。

目前，SiC是應用于大功率功率變換器的熱門的寬禁帶材料。SiC具有低功率損耗、高開關速度、高耐溫性能和高熱導率等特點，因此，SiC材料除了能夠降低系統(tǒng)的損耗、提升開關頻率和降低系統(tǒng)體積外，還能夠適應更加惡劣的應用環(huán)境，從而拓寬功率變換器的應用領域。

文章來源：三菱電機半導體