23. Заполнение зон электронами. Металлы, диэлектрики, полупроводники.

К аждая разрешённая зона содержит конечное число энергетических уровней. В соответствии с принципом Паули, на  уровне могут находиться 2 электрона с противоположными спинами. При ограниченном числе электронов в кристалле заполненными окажутся только несколько наиболее низких энергетических зон, все остальные – пустые.

Рассмотрим различные варианты заполнения зон электронами:

1. А. Пусть последняя зона, в которой есть электроны, заполнена частично. Так как эта зона заполняется валентными электронами, то её называют валентной зоной и обозначают . Под действием внешнего поля электроны начнут ускоряться и переходить на более высокие свободные уровни той же зоны: в кристалле потечёт ток.

Νβ: Т.о. кристаллы с частично заполненной валентной зоной хорошо проводят ток, т.е. являются металлами.

Б. Пусть валентная зона заполнена полностью, но она перекрывается со следующей разрешённой зоной, не занятой электронами. Если к такому кристаллу приложить внешнее электрическое поле, то электроны начнут переходить на уровни свободной зоны, и потечёт ток. Такой кристалл тоже является металлом.

2. Пусть валентная зона заполнена полностью и отделена от следующей за ней свободной зоны широкой запрещённой энергетической щелью .В таком кристалле внешнее поле не может создать ток. Вещество с такой зонной структурой называется диэлектриком.

3. Пусть валентная зона заполнена полностью и отделена от следующей за ней свободной зоной запрещённой щелью . Такой кристалл называется полупроводником.

В полупроводниках за счёт тепловой энергии часть электронов может переброситься в свободную зону, которая называется зоной проводимости E_c.

П ри очень низких температурах  полупроводник становится диэлектриком.

Между металлами и диэлектриками существует качественное различие, а между диэлектриками и полупроводниками – количественное.

Схема заполнения зон в металлах, диэлектриках и полупроводниках