电子亲和能

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电子亲和势（docX页）

电子亲和能与电负性的区别是啥?二者都表征元素的非金属

性强弱,电负性最大元素的是氟,电子亲和能最大的元素是氯,是否

要考虑分解分子那部分能量么,还是要考虑电子呈对核电荷的部分屏

蔽呵呵，搞笑，刚刚我还想问一个类似的问题，电离能和电

子亲合能是否一样大？，结果你问了这个，有趣，有趣

affinity和negativity?affinity是在真空中得到一个电子的能

力negativity是指在化学键上吸引电子的能力两者区别就在条件

上学这些东西之前要先把概念搞清楚，每个字都不能错其实我一

开始也是死记硬背，结果有次口试我就给说错了，被教授要求说出

区别，现在才搞懂了还有一个问题，那么，对于金属来说，是

否Affinity(亲合势)和电离能（ionizingenergy）相等呢？假

设亲合势是原子从基态得到一个电子，释放的能量，而电离能是原

子从基态失去一个电子需要的能量，那么两者是否应该相等？

QUOTE:原帖由einstange于2006-9-2713:40发表还

有一个问题，那么，对于金属来说，是否Affinity(亲合势)和

电离能（ionizingenergy）相等呢？假设亲合势是原子从基态得到

一个电子，释放的能量，而电离能是原子从基态失去一个电子需要

的能量，那么两者是否...不相等;从定义上理解，电离能是

原子失去一个电子需要的最小能量，对金属来说就是指它的功函数，

实际上是从费米能级（femienergy)到真空能级(vacuumenergy）的

能量之差而亲和势则是指在真空中得到一个电子的能力，但是是原

子得到一个电子，所释放的能量一个是得电子，一个是失电子，二

者的化学价态是不一样的，一个被氧化一个被还原，能量当然不一

样恩，我也是这么理解的，这两个正好是逆过程，但是还有

一个问题，也是我主要不太明白的问题：

有一个概念叫逸出功，用来衡量将电子从原子内拉到真空中需

要的能量，德语是Austrittarbeit，在半导体中，这个逸出功

等于费米能量级到导带能量级之差，加上掺杂半导体的亲合势，而

金属的逸出功就等于亲合势，如果亲合势是表征原子得到电子释放

的能量，为什么这里不用电离能呢？谢谢。

我觉得你好像混淆了几个概念。

首先我不知道你说的金属的逸出功是否就是我指的

workfunction(功函数），我认为是的，这个的定义是指从femi能

级到vacuum能级的差，或者说theminimumenergy(usually

measuredinelectronvolts)neededtoremoveanelectronfrom

asolidtoapointimmediatelyoutsidethesolidsurface.说

法不一样，大致区别不大，这个已经是固体范围了，而不是原子

的范围，怎么可能逸出功就等于亲和势？我第一次听到这种说法。

另外已经解释了的亲和势和电离能的区别。

还有你上面提到的计算半导体的逸出功，你提到了一个参杂

半导体的亲和势，我不知道你对半导体理解多少，但是参杂半导体

意味着半导体的费米能级已经相对于本正半导体发生了变化，在近

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似计算的时候可以使用。

而且对于非米能级在半导体中和在固体物理中二者的定义有所

不同。

半导体的费米能级就是到带和价带能量之和的二分之一，而固

体物理中，费米能级指的是电子所能填充的最高能级。

如果你想搞懂这方面的东西，最好找一本固体物理的树好好看

一下，你的概念还是不是很清楚，一般我认为书要读至少两遍才能

真正理解里面的意思没错，你说的对，金属的逸出功等于

Workfunktion.我又看了一遍Banddirgram，上面只给出了金属的逸

出功，而没有说这个逸出功由亲合势构成，我当时看错了，而另

一边在半导体上，逸出功的大小，等于从Fermi级到真空中的能

量差，同时也等于从导带低到真空的能量差（这里定义为亲合势），

加上Fermi级到导带低的能级差。

半导体在没有掺杂前确实是Fermi能级在禁带的中间，我们

管这个能级叫IntrinsichFermi级，因为

MWG(Masnwirkungsgetz)，如果搀入了三价或者五价的原子后，

Fermi级将会向下或者向上移。

对于你的后半段我还是不太明白。

参杂以后为什么费米能级会上移或者下移呢？这个是由

donant决定的，如果是n型半导体，则会在本正半导体的价带上

方产生一层导带，电子可以直接从夹带跃迁到donor形成的导带

中，而费米能级就在两者之间。

p型半导体道理相同，不过在本征半导体的导带下方形成一层

价带层，电子可以从这里跃迁到原来的导带中。

实际上费米能级是有它自己的物理意义的，并不是简单的在

导带和价带的二分之一处，费米能级是电子所能占有的最高能级，

就是说一个固体有若干电子，这些电子根据能量大小占据了不同的

能级，就像排队一样，当所有的电子都排完以后，最后最高的能

级处，就是费米能级，这是物理上的定义。

在半导体物理中和一些工程计算中，为了计算中的方便，便

定义费米能级为导带和价带的中间。

希望你能明白我说的意思你说的那些亲和势和逸出功的关

系，实际上你画一个图就很好理解了，因为导带的最低处是电子

能占有的最低能级，所以他到真空能级的差就是得到一个电子所能

放出的最高能量。

而逸出功是从费米能级处算得，所以加上这部分能量，自然

就是逸出功的大小了。

我觉得你好像这些东西并不理解，都是在死记硬背，这样子

考试的时候会出问题的，恕我直言恩，这个地方确实我不太能

理解，因为问题多多。

如果说导带最低处是一个电子能占据的最低能级，那当电子在

共价键中也就是ValenzBond中的能量又比导带的能量来的更低。

而且在当一个电子在共价键中得到足够的能量，共价键被打破

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以后，除了一个电子跳到导带上，在禁带又出现了一个

Defektelektorn，即我们所谓的空穴，这个空穴竟然也有能量，这

就对我来说很难理解。

因为空穴实际上是两个原本应该共享两个电子的两个质子现在

却只共享了一个电子，凭什么人们认为这个空穴是电子的能量表现，

同时能量级是在价带呢？其次在我们学的Fermi-Dirac统计中，

Ferimi级，实际上是所有电子和空穴的平均能量级的统计平均值，

而不是单个电子的最高能级，因为势必有电子在导带，也有空穴

（Defektelektron）在禁带。

这是从微观到宏观的转化的函数。

对于排队的，我觉对更像是波尔－索末菲的原子模型，和电子

按照的四个量子数来占据轨道。

最后，如果导带的最低处是电子能占据的最低能级，而他

从导带底到真空的状态变换，我认为应该是半导体原子失去了一个

电子，而不是得到一个电子，从而导致了我对这个亲合势的不理解，

为什么不是电离能？你说错了，费米能级是电子能占有的最高

能级，但并不是导带的最低能级，而是价带的最高能级，这样你的

疑惑应该会解决了吧另外，Fermi-Dirac统计理论我们没有学，

学的主要是固体物理中的定义，因为在计算DOS以及理解能级的理

论的时候是需要这个定义的。

确实并不是轨道完全排满以后才排下一个电子，但是这个讲起

来就有复杂了，有好多个模型，比如openshell,closhell之

类的，你要是不涉及这些应该不需要管。

有可能，确实我在看其他的书的时候，有看到国Ferimi

级。

定义不是Fermi-Dirac统计的级。

可能我们讲的不是一个东西。

不过，从导带低到真空的能量差是吸收一个电子的需要的能

量，我还是不能理解。

因为在未加电的情况下，半导体都是电中性的，而加了电压

后，电子被吸出来，能带电，应该是半导体失去电子，当然动态

情况下，另一边Source会补充新的电荷，但在局部，即表面上，

很难理解是亲合势。

讲的肯定是一个东西，不过不同的定义，不同的假设而已。

导带的最低能级到真空能级是吸收一个电子所能放出的最大

能量，这个不是一个定义，而是根据定义得出的一个结论，你画

一个能级图就可以很明显的得出这个结论。

而半导体的这个东西不能这么理解，因为所谓的半导体是指

在通常条件下不导电，而在特定条件下导电，电子只是通过半导体

移动，这个半导体更可以在加电压的条件下理解为导体。

实际上导体和半导体的定义很模糊的，只是根据能隙的大小给

出了一个界限，而导体的导带和价带其实也不完全是连续的，中间

也有能隙，不过比较小而以。

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所以你不能那样子理解，就像你不能把电线导电理解成是电

线发生了氧化还原的过程一样那个亲和势再详细地讲就是，根据

定义是在真空中吸收一个电子所能放出的能量，这个电子就是用真

空能级到了电中性的原子中，由于原子的价带是满的，电子只能

在导带中停留，这样的话，电子所能带的最低能级就是导带中的最

低能级，这个能量差就是所放出的能量恩，现在我终于有点明

白了，是不是这样。

对于一个中性原子来说，比如一个核为＋4，带4个电子的

原子，尽管原子外的轨道数的无穷多的，但在正常情况下，它对4

个电子的束缚能力最强，虽然有电子能进入他的外轨道，但这个电

子和质子的引力是偏弱，在这种情况下，原子吸引一个真空中的电

子到它的外轨道，所释放的能量，叫亲合能，同样这个外轨道的

电子得到同样的电荷也能离开原子回到真空。

这是亲合势。

总的电荷数是。

（＋4,－4）－》（＋4，－4）＋1，或（＋4,－4）－1

而电离能是将原属于原子的最外层的电子脱离到真空出去需要的能

量，即（＋4,－4）-(+4,-3)，这是电离能。

不知我的理解对不对？第二个对的，第一个不大对，

是这样的，一个原子比如说氟原子，外层有7个电子，但是通常

8个电子才达到饱和，所以这个氟原子很愿意再吸收一个电子从而

使外层轨道饱和，这个过程如果发生在真空中的氟原子，那么所放

出的能量就是亲和势比如说纳，外层只有一个电子，为了达到饱

和，他比较愿意失去一个电子对于轨道，也就是能级，理论上是

有无穷多的，只要有自由电子能进入轨道，由于核的吸引力，电子

就可以在轨道上停留，但是由于原子本身也有很多点子，电子根电

子还有排斥力，所以就要看吸引力和排斥力之间谁占上风了。

那对于钠来说，电离能和亲合势的区别是什么？仅仅是一

个得到，一个失去电子么？本来就是这样的啊，难道一个定义

对于不同的元素还有不同的结果吗？对于金属来说，这个亲合

势是不是通常很大，因为它们基本上都是失去电子？而且它们能否

保持这种不稳定状态。

应该是很小，他们不愿意接受电子，electronaffinity很

弱亲合能不是释放能量的么，如果很小，PotentialBarrier岂

不是很低，很easy的就得到电子？这个是释放，不是得到，

affinity是衡量得到电子的一种能力，你google一下再好好看

看，我都快被你弄糊涂了是跟两个原子的距离有关，跟自由电子

是两回事啊或者我们这样子理解，一个电子在真空中的能量我们

可以认为是A，当这个电子被金属吸引后，电子的能量就变成了b，

很明显BA,多余的能量就释放了出来，以什么形式释放我们暂且不

考虑。

电子是愿意从高能级像低能级跃迁的，因为这样更稳定。

但是当B和A相差不多的时候，由于电子除了受吸引力外还

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要考虑金属中电子的排斥力，这样子的话，电子就不愿意从A跃

迁到B了，我们可以理解为金属吸引电子的能力比较弱，也就是

说B-A的差很小，即亲和势很小呵呵，看来是初学者的烦恼。

在我们的半导体里，掺三价的Bor原子的affinity比掺五

价的Phosphor原子的affinity要低，但照理来说三价的是

Accptor，更容易得到电子。

所以有点糊涂QUOTE:原帖由einstange于2006-9-28

16:12发表呵呵，看来是初学者的烦恼。

在我们的半导体里，掺三价的Bor原子的affinity比掺五

价的Phosphor原子的affinity要低，但照理来说三价的是

Accptor，更容易得到电子。

所以有点糊涂你这么说我觉得你连半导体的这个donor和

acceptor都没搞明白，参杂后的affinity是要考虑donant的，

B比P的affinity低,所以这个结果是很正常的至于B作为

acceptor是因为它的电子少，但是却可以提供空穴，实际上空穴

也是可以移动的，p型半导体就是空穴的移动。

他并不是接收电子，而是提供可移动的载流子，空穴和电子

都是载流子参杂后的affinity是要考虑donant，这个我知

道，而我同时也知道，这个affinity的变化，和掺杂的元素，以

及杂质的浓度是有关系的，比如在PN结中，导带底一直随着空穴

的浓度降低而降低，同时affinity的大小却随着这个降低而增加，

所以我认为这个affinity的变化，最终是和Bor或者Phosphor

有关的。

电子和空穴的导电是两种不同的机制，所以我认为这个

affinity还不能完全的如上面讨论的来对待。

因为在Banddiagram上，affinity是从真空到导带底，也

就是说，只计算已经在导带的电子到真空的能量差，而对于非金属

元素，最外层的电子一般不在导带上（绝对0度情况下），而处于

共价键中，所以affinity作为吸收电子而释放的能量，我还是有

些糊涂。

只有一种说法，即affinity不仅仅是对单个原子，而且要

同时考虑化学键。

感觉又回到起点了，对了，空穴的能量，你能给我解释

解释么？对着我很难理解。

实际上是核的引力，如何转嫁到电子的能量上去了呢？

正常情况下，按基本的理论是没有电子在导带的，价带到导带有个

能隙，金属可以导电因为这个能隙比较小而以。

你的理解从一开始就不对，还有你说的那一些东西我认为你需

要从头到尾好好看一遍书了，看完再来问吧，你这些东西不清楚，

根本就是怎么讲都不清楚空穴的能量很简单，电子跃迁后，留下

一个空穴，这个空穴就带正电，自然有能量，这个本来就是一个

抽象的概念，如果你实在理解不了也没办法了。

。

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。

。

比如在PN结中，导带底一直随着空穴的浓度降低而降低，

同时affinity的大小却随着这个降低而增加，能说出为什么

吗？不要只记住结论，你搞清楚原因就可以理解了最终是和

Bor或者Phosphor有关的跟参杂浓度有关，我不明白你为什么

非要讨论affinity,金属中重要的是negativity即affinity不

仅仅是对单个原子，而且要同时考虑化学键考虑化学键就不是

affinity了，就是negativity了，我不明白你为什么会得出这

些奇怪的理论你自己看书吧，你这不是差一点点的问题，从一开始

就没有搞明白，难道你们教授没有给你们讲课吗？这种东西应该会

讲得很清楚地，当时不明白为什么不直接问教授呢？比如在

PN结中，导带底一直随着空穴的浓度降低而降低，同时affinity

的大小却随着这个降低而增加，能说出为什么吗？这个原因是，

当掺杂原子代替了硅原子在晶格中的位置，由于电子数目的不同，

产生多余的电子和空穴，而这些电子的能量，并不像受激发后产生

的自由电子一样，而是仍然受原子核的部分引力，因此它的能量要

略低于导带的底，从而导致整个导带向下偏，同样在空穴上。

即affinity不仅仅是对单个原子，而且要同时考虑化学

键，我想说的是，一个气态原子吸收电子后构成负离子，释放的

能量为亲合势，对这个负离子来说实际上是原子和电子是在一起移

动的（在化学反应中，形成化学键，我认为）。

而在导带中的电子，是不受原子核影响，可以单独自由移动

的，所以这个亲合势如果从导带低计算到真空的话，我很难理解。

而且对于单独的硅原子来说，吸收一个电子，构成离子释放

的能量，并不等于一个在半导体内自由移动的电子到真空的能量差。

也许在大学一年级的时候教过，不过我不在，但从半导体材

料的时候，已经不讨论Affinity原理的问题了，所有的都是

Banddiagram和浓度。

对这个负离子来说实际上是原子和电子是在一起移动的

（在化学反应中，形成化学键，我认为）。

不明白你这句话的意思，但是化学键的形成需要至少两个原

子，需要成键能而在导带中的电子，是不受原子核影响，可以单

独自由移动的，所以这个亲合势如果从导带低计算到真空的话，我

很难理解这句话基本上不正确，导带中理论上是没有电子的，如

果原子是呈中性的话，这里是不考虑你提到的那个统计理论的。

而就是电子在导带中，也不可能不受原子核的影响，哪怕是

自由电子，也会受到原子核的影响，如果affinity大的话，结

果就是电子被原子吸引并束缚，每一个电子都有一个波函数，电子

和原子核带电可以产生若干电场，所有的电子和原子核都会受到电

场的影响，真空中的自由电子也是会受到影响的，不存在可以单独

自由移动的说法。

亲和势的东西我看你还是不要管了，你的化学基础好象太弱

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了。

至于后面的已经涉及到了量子物理的范畴了，你还是再好好看

看书吧，你现在的观点就是过于绝对，整个世界都是一个相对的世

界，你不可能绝对隔离物质的。

不打算在回答你的问题了，不好意思，因为再回答下去已经

没有什么意思了，再问下去估计我要跟你解释什么是化学键，以及

若干的理论的问题了，你问得很多东西实际上google一下或者认

真看看书上讲的，都能被解答。