在晶體中，電子處于所謂能帶狀態，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構，即與晶體結構和原子的結合性質等有關。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，不能夠導電，即不是載流子。只有當價電子躍遷到導帶而產生出自由電子和自由空穴后，才能夠導電。因此，禁帶寬度的大小實際上是反映了價電子被束縛強弱程度的一個物理量，也就是產生本征激發所需要的最小能量。

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到導帶所需要的能量并不相同。電子從價帶到導帶的轉移是激發，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別于自由電子。下表對兩者進行了數值對比，兩者存在明顯的區別。

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層電子占據著。一般認為，絕緣體的能帶結構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分半導體和絕緣體，以至把現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導帶激發，因而它們在純凈狀態下跟絕緣體一樣，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，適當的摻雜，也會在一定的溫度下產生導帶中的電子，因而它們其實也是半導體。

根據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的損耗、提升開關頻率和降低系統體積外，還能夠適應更加惡劣的應用環境，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