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能带理论是现代固体物理学的基石，它解释了为什么有些材料是导体，有些是绝缘体，有些是半导体。在固体中，原子紧密排列形成周期性晶格，电子不再局限于单个原子，而是在整个晶体中运动。这种运动形成了连续的能量区间，称为能带。
根据能带结构，材料分为三大类。导体的价带和导带重叠或部分填充，电子可以自由移动，因此具有良好的导电性。绝缘体的价带被完全填满，导带为空，且禁带很宽，电子难以跃迁到导带，所以不导电。半导体介于两者之间，禁带较窄，在一定条件下电子可以跃迁。
为了提高半导体的导电性，需要进行掺杂。n型掺杂是在纯净半导体中掺入五价元素如磷，提供多余电子，形成施主能级，电子容易激发到导带。p型掺杂是掺入三价元素如硼，产生空穴，形成受主能级，价带电子容易跃迁填补空穴。通过掺杂可以精确控制半导体的导电性质。
费米能级是半导体中的一个重要概念，它表示电子填充能级的统计平均位置。在绝对零度时，费米能级以下的能级被电子完全填满，以上的能级完全空着。当温度升高时，热激发使得价带中的电子获得足够能量跃迁到导带，同时在价带中留下空穴，载流子浓度随温度指数增长。
能带理论在现代电子技术中有着广泛的应用。最典型的例子是pn结二极管，它是由p型和n型半导体结合形成的。在结合处形成耗尽层，产生内建电场，使得器件具有单向导电性。基于这个原理，人们开发出了各种电子器件，如晶体管、集成电路、太阳能电池和LED等，这些都是现代信息技术的基础。