энергия, приобретаемая электронами на длине свободного пробега (10-8…10-4 эВ), намного превосходит энергетический интервал между уровнями в зоне (10-22…10-23 эВ), и электроны переходят на ближайшие свободные уровни, создавая упорядоченное движение (электрический ток). Этим объясняется высокая проводимость металлических материалов.

Вполупроводниках и диэлектриках валентная зона и зона проводимости разделены запрещенной зоной ∆Э (рис. 2,б,в). При температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена электронами, свободных энергетических уровней нет. Электроны полностью заполненной валентной зоны не могут принимать участие в создании электрического тока - зона проводимости абсолютно свободна. Для создания электрического тока необходимо часть валентных электронов перебросить из валентной зоны в зону проводимости, но энергии электрического поля недостаточно для преодоления энергетического барьера ∆Э. Нужны дополнительные энергетические воздействия, например, нагрев, так как при комнатной температуре энергия валентных электронов за счет теплового движения составляет порядка 0,04 эВ, что значительно меньше ширины запрещенной зоны.

Различие между полупроводниками и диэлектриками заключается в ширине запрещенной зоны. Условно к полупроводникам относят вещества с запрещенной зоной ∆Э < 3 эВ. В полупроводниках переход электронов в зону проводимости может быть осуществлен путем тепловых, электромагнитных и иных воздействий, либо обеспечить проводимость с помощью атомов примеси.

Вдиэлектриках ширина запрещенной зоны настолько велика (∆Э от 3 до 10 эВ), что энергии внешних возбуждающих воздействий недостаточно для перехода электронов в зону проводимости. Это означает, что электронная проводимость в них не играет определяющей роли.

Вопросы для самоконтроля

1. Приведите классификацию электротехнических материалов по применению.

11

2.Какова основная характеристика электропроводности материалов?

3.Охарактеризуйте области применения материалов с особыми физическими свойствами.

4.Опишите зонное строение твердых тел.

5.В чем различие энергетических диаграмм для проводников, полупроводников и диэлектриков?

6.Объясните на основе зонной теории возникновение высокой электропроводности в проводниках.

12