Общая закономерность токопрохождения в радиоэлектронных материалах Основы зонной теории твердого тела
Сущность зонной теории сводится к тому, что каждый электрон в одиночном возбужденном атоме находится на определенном дискретном энергетическом уровне, т.к. энергия электронов – величина квантованная. Вокруг атома электроны располагаются в оболочке, причем, чем дальше от ядра атома, тем энергия электрона больше. Энергетический статус электронов может меняться, приобретая энергию, электроны переходят на более высокую электронную оболочку; теряя энергию, электроны перемещаются ближе к ядру. Верхняя электронная оболочка у атома называется валентной и, следовательно, в ней находятся электроны, обладающие максимумом энергии для связанных с атомом электронов. Электроны могут иметь энергию и большую, чем в валентной оболочке, при этом, приобретая такую энергию, они становятся свободными от ядра атома и могут перемещаться по объему материала.
Энергетическое представление атома.
Связанные электроны находятся в потенциальной яме атома,
Электроны имеют дискретный спектр возможных энергий,
На каждом энергетическом уровне может одновременно находится не более 2-ух электронов с разными спиновыми моментами.
Между атомами границы потенциальных ям сливаются и образуют пониженные барьеры, величина которых существенно зависит от расстояния между атомами, а расстояние меняется при тепловых колебаниях атомов в узлах решетки, поэтому в каждый конкретный момент времени картинка будет меняться.
При объединении атомов в кристалл, электронные оболочки соседних атомов взаимодействуют друг с другом, частично перекрываясь. Т.е. возникает область пространства, в которой на одном уровне находится не два, а четыре электрона, что противоречит принятому постулату.
При прибавлении третьего электрона к кластеру происходит расщепление на три подуровня и т.д., т.е. в кристалле каждый энергетический уровень расщепляется на такое число подуровней, сколько атомов объединено в кристалл. При этом расстояние (энергетическое расстояние) составит от 10-16 до 10-25 эВ. Поэтому считается, что каждый энергетический уровень, объединенного в кристалл вещества образует квазисплошную (как бы сплошную), разрешенную для пребывания электронов энергетическую зону.
вз
зз
зп
Верхняя энергетическая зона называет валентной зоной.
Когда мы говорим, что электрон переходит из валентной зоны в зону проводимости, мы имеем в виду только то, что он только приобретает энергию.
6.03.08 г
Лекция№5
Условия возникновения и понятие об активационном характере токопрохождения.
Для возникновения макротоков в материалах
известны всего 2 причины: градиент
потенциала
;
градиент концентрации
.
В соответствии с этим градиент потенциала называют дрейфовым, а под действием градиента концентрации – диффузионным.
Условия для возникновения макротоков: 1) наличие свободных носителей заряда (электроны, ионы и активные радикалы-«обломки молекул»), 2) способность этих носителей заряда к перемещению, подвижности.
Для образования носителя заряда и для начала его движения требуется какая-то энергия. Принято различать эти энергии. Энергия необходимая для образования одного свободного носителя заряда называется энергия активации носителей заряда, энергия, Необходимая для перемещения носителя заряда, называется энергия активации подвижности. В том случае, если эти энергии пренебрежимо малы, говорят, что имеет место безактивационный механизм, если существенно велики, значит активационные механизмы.
Материал |
Механизм образования заряда |
Мех. подв. |
металл |
Безактивационный |
Безактивационный |
полупроводники |
Активационный |
Безактивационный |
Диэлектрики |
Активационный |
Активационный |
Электролиты |
Безактивационный |
Активационный |
(число носителей* подвижность)