Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, диэлектрики, полупроводники.

, n=1, 2, 3, … Возникновение энергетических зон можно объяснить модификацией энергетических уровней атомов при их сближении. При сближении N одинаковых атомов каждый уровень атома распадается на N очень близких подуровней из-за перекрытия электронных оболочек атомов. Рас-е м/д подуровнями ~ эВ. Образуются разрешенные энергетические зоны (35 - эВ), заштрихованные на рис1.Уровни внутренних электронов расщепляются мало. Различия в электрических свойствах металлов, полупроводников и диэлектриков объясняются: 1) шириной E D запрещенных энергетических зон; 2) различным заполнением разрешенных энергетических зон. Необходимое условие электрической проводимости твердого тела – это наличие в разрешенной зоне свободных энергетических уровней, на которые можно перевести электроны, прикладывая внешнее электрическое поле или повышая температуру. , Т.е функция u(r) обладает свойством инвариантности, т.е. в кристаллах u(r )=u(u+l), где l-период кристаллической решетки. Уравнение Шреденгера обладает решением = , где - периодическая функция, к-волновой вектор ( )

Решение уравнения Шреденгера для валентных электронов

Обл. к-простр-ва, внутри которой энергия электрона измеряется квазинепрерывноназыв.зонойБриллюэна.

Металлы: Внешняя зона у металлов-зона проводимости(обозн. С).Запрещенная зона:

Ближайшая к зоне проводимости-валентная зона(V)

В металлах при 0 = TK валентная зона заполнена электронами полностью, а зона проводимости – частично. Энергии теплового движения электронов будет достаточно, чтобы электроны перешли на свободные уровни в зоне, обеспечивая проводимость металлов. У металлов электропродимость снижается с увеличением температуры, т.к. сопротивление увеличивается.На каждом уровне по 2 электрона.В зоне проводимости электронов нет.

 

 

V

5 vsrOk/l8ia+zQJ0F7iyETNgLlAXmowohR0XcQlWD3X9dCJl2S1VTi1mgpoDc29SF0NKt25IsAHuY 1SigYnHNFOi276iDagbUDPjr4cUyBpgrMkDF4poZ0OrUZVC9GYbzyAedsy1jgLMiA+wn2AnYHbX/ qKugei+8+l4YTvtWq4LUoe6ac0CdAf6DDKC+D8CnFnWKWn4Wkt9yrt+r49Orj1f9PwAAAP//AwBQ SwMEFAAGAAgAAAAhANJS6uvfAAAACQEAAA8AAABkcnMvZG93bnJldi54bWxMj0FLw0AQhe+C/2EZ wZvdxNjYxmxKKeqpCLaC9LbNTpPQ7GzIbpP03zue9PYe8/HmvXw12VYM2PvGkYJ4FoFAKp1pqFLw tX97WIDwQZPRrSNUcEUPq+L2JteZcSN94rALleAQ8plWUIfQZVL6skar/cx1SHw7ud7qwLavpOn1 yOG2lY9RlEqrG+IPte5wU2N53l2sgvdRj+skfh2259PmetjPP763MSp1fzetX0AEnMIfDL/1uToU 3OnoLmS8aNlH6ROjLNJnEAwkcTIHcWSxXIIscvl/QfEDAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaD OJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYA CAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYA CAAAACEAwN8TfqgDAAAEGwAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAU AAYACAAAACEA0lLq698AAAAJAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAAACBgAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsF BgAAAAAEAAQA8wAAAA4HAAAAAA== ">

С

V

T

 

Полупроводники: валентная зона отделена от зоны проводимости. Валентная зона заполнена.Чтобы электрон перешел на новый уровень элементу надо электрону придавать энергию.Запрещеная зона узкая.

С

T

с увеличением темп., электропродимостьуыеличивается экспоненциально

.Полупроводники, у которых электропроводимость обеспечивается переходом валентной зоны в зону проводимости под внешним воздействием наз.собств.полупроводниками. . , где -концентрация элементов и дырок. -подвижность элементов и дырок.

№ группы ТМ	IV	III-IV	II-VI
полупроводники	Ge	SiC	GaP	GaAs	ZnK	CdS
, эВ	0, 7	3, 0	2, 2	1, 4	0, 9	2, 4

Диэлектрики: запрещенная зона шире.

У твердых диэлектриков запрещенная зона шире.

Поэтому ни тепловое движение, ни постоянное электрическое

поле или другие воздействия, не разрушающие твердое тело,

не могут перебросить электроны из валентной зоны в зону проводимости.

Собств. и примесная проводимость полупроводников.

Наиболее существенной особенн-ю полупроводников является их

способность изменять свои свойства в чрезвычайно широких

пределах под влиянием различных воздействий: температуры,

электрического и магнитного полей, освещения и т. д. Например, собственная проводимость чистых полупроводников при их нагревании экспоненциально возрастает. В полупроводниках с акцепторной примесью возможна электропродимость, обеспечиваемая переходом дырок в валентной зоне на другие уровни. ,

Lnn=f( )Зав-ть концентрации от темп.-обратная ф-я.Высокая чувствительность полупроводников к изменению темп. и освещенности позволяет использовать их для изготовления приборов: термисторов и фотосопротивлений.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: