![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Диэлектрики и полупроводники
В зависимости от степени заполнения валентной зоны электронами и ширины Количество энергетических состояний в зоне равно количеству атомов. Согласно принципу Паули в одном состоянии может находиться не более двух электронов с противоположными спинами. Следовательно, в энергетической зоне может находиться не более 2 N электронов. Как было сказано выше, расстояние между уровнями в зоне ~ 10–23 – 10–22 эВ. Под действием электрического поля электроны получают на длине свободного пробега энергию ~ 10–8 – 10–4 эВ. Следовательно, даже слабое электрическое поле вызовет переход электронов на более высокие энергетические уровни. В квантовой теории это и есть электрический ток. Наличие электрического поля – необходимое, но не достаточное условие возникновения тока. Переход электрона на более высокий уровень возможен при наличии свободных уровней в пределах одной и той же зоны, так как при энергии ~ 10–4 эВ электрон не может преодолеть запрещённую зону Кристалл проводит электрический ток, если валентная зона заполнена частично, в этом случае она является зоной проводимости.
Рис. 2
Например, у элементов первой группы таблицы Менделеева один валентный электрон, поэтому при образовании кристалла валентная зона оказывается заполненной наполовину и может служить зоной проводимости (Ag, Cu, Au). У некоторых металлов два внешних электрона образуют заполненную валентную зону, которая частично перекрывается с вышележащей свободной зоной. Здесь зоной проводимости является вся вышележащая зона, начиная с области перекрытия (рис.2, справа). Если в энергетическом спектре электронов вещества нет частично заполненных или перекрывающихся зон, то это вещество не может быть проводником электрического тока. У таких веществ валентная зона полностью заполнена, а свободная зона отделена от неё запрещённой зоной. В зависимости от ширины запрещённой зоны такие вещества подразделяют на диэлектрики и полупроводники. При При У полупроводников проводимость возникает под действием внешних факторов, таких как нагревание, освещение, деформации и др. – если при этом электроны приобретают энергию, превышающую ширину запрещённой зоны, и переходят с верхних уровней заполненной валентной зоны в свободную зону. Свободная зона становится зоной проводимости. Верхние уровни валентной зоны тоже вносят вклад в проводимость. Приведённые выше рассуждения имеют место для простых кристаллов, элементарные ячейки которых содержат по одному атому. Строгий расчет показывает, что число состояний в валентной зоне определяется не количеством атомов N, а количеством элементарных ячеек. Этим, например, объясняется то, что трёхвалентный бор (В) является диэлектриком, а углерод является диэлектриком в состоянии алмаза и проводником в состоянии графита.
|