半导体材料的禁带宽度是半导体器件中的非常重要的物理量。目前倍受关注的宽禁带电力半导体器件，如碳化硅器件，就是以此与硅材料器件区分的。通常定义导带的最低能量为E_C，即导带底部的能量；定义价带中的最高能量为E_V，即价带顶部的能量，则禁带宽度E_g为将电子从价带激发到导带所需要的最小能量，即

E_g=E_C-E_V （2-11）

将电子从价带激发到导带所需要的能量，在电力半导体中有时也被称作电离能，它能够从不同的来源获得，比如晶格的热振动、电磁辐射等。严格来讲，该能量称作电离能并不十分准确。电离能指的是将一个电子从原子中完全地分离出来，将其移动至真空能级。而导带仍属于晶格。所以，电子从价带到导带的转移是激发，不是电离。在电力半导体器件领域中采用“电离”这一词原因是导带中电子，表现得像自由电子一样。但实际上，导带电子依旧被晶格强烈影响的事实导致它们被区别于自由电子。图2-11和表2-3对两者进行了数值对比，两者存在明显的区别，但在本书后面章节中，并不进行严格区分，电离指的都是将电子从价带转移到导带的行为。

图2-11 禁带跨度与 真正电离能的区别

表2-3 一些材料的禁带宽度和严格意义的电离能

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可以从晶体的禁带宽度对导体、半导体和绝缘体重新进行认识。金属导体在绝对零度时，其全部价电子只能填满其对应能带的下半部，上半部则完全空着，因而其完全空着的能带（导带）和完全被电子占满的能带（价带）之间没有能量间隙，即没有禁带，或者说禁带宽度为零。跟半导体中能量最高的一个满带是价带不同，金属导体的所有满带都由内层电子占据着。一般认为，绝缘体的能带结构及其在绝对零度时被电子填充的情况与半导体有些相似，即绝对零度下所有能带要么全满，要么全空。所不同的是，绝缘体全空能带跟离它最近的一个全满能带之间的能隙较宽，即禁带宽度非常宽。三者的能带示意图如图2-12所示。

图2-12 导体、半导体和绝缘体的能带示意图

需要注意的是在绝缘体中，较高温度下没有杂质能在其导带中产生一定数量的电子，因而在几乎任何温度下都不能导电。这后一个区别其实很重要。过去单纯从禁带宽度区分半导体和绝缘体，以至把现在普遍认可且非常看重的一些宽禁带半导体，例如金刚石和氮化铝等都归类于绝缘体。金刚石和氮化铝确实禁带很宽，都在5eV以上，其价带电子在室温乃至相当高温度下都难以向导带激发，因而它们在纯净状态下跟绝缘体一样，其导带在较高温度下也几乎没有电子。但是，跟硅这些典型半导体一样，适当地掺杂，也会在一定温度下产生导带中的电子，因而它们其实也是半导体。

总的来说，禁带宽度决定了材料的导电性。在绝缘材料中，能带间隙非常宽。所以，把电子从价带转移到导带需要很多的能量。特别是，如热振动甚至不能产生传导电子，这就解释了为什么这些材料在通常条件下几乎不能传导电流。对于金属来说，价带和导带是重叠的。所以，总能够在导带中找到电子，也就是说，金属能在不受温度和其他能量源限制的条件下传导电流。这些材料特性的区分，对于掌握电力半导体器件的工作原理、基本特性，甚至是器件在变换器中的应用特性都非常重要。