В кристаллах
Если эта зона примыкает к валентной зоне полупроводника, то атомы примеси захватывают часть валентных электронов и последнего, связывая их вместе со своими электронами.
В результате в узлах кристалла полупроводника возникает дефицит электронов - положительная дырка. Такие примеси именуются акцепторными и обозначаются p (positive). Эти акцепторные полупроводники также обладают электропроводностью, только носителем перемещающихся зарядов являются эти дырки. Перемещение дырок осуществляется следующим образом. Под воздействием внешнего электрического поля валентные электроны одних атомов кристаллической решетки перескакивают на вакантную орбиталь (дырку) соседнего атома. При этом в первом атоме возникает дырка, а второй становится нейтральным. Так дырки путешествуют по направлению поля от положительного внешнего потенциала к отрицательному. Указанные свойства полупроводников позволяют использовать их в многочисленных современных электронных устройствах – радиосвязи, управления, вычислительной техники, вторичных источниках электропитания и т.п. По сути дела все современные высокие технологии основаны на использовании полупроводниковых материалов.
Еще
одно явление, широко используемое в
настоящее время и основанное на
возникновении запрещенной зоны в
кристаллах, является когерентное
излучение.
Когерентными именуются электромагнитные
волны, имеющие одинаковую частоту,
плоскость поляризации и начальную фазу.
Возникновение такого излучения
объясняется следующим. Как указывалось
выше, в § 12.7, если электрон под
внешним воздействием окажется на
энергетическом уровне, выше стационарного,
он спустя короткое время вернется на
исходный уровень. При этом он излучит
квант электромагнитного поля совершенно
определенной частоты. В обычном материале
такие процессы происходят непрерывно
и хаотически. В результате в окружающую
среду излучаются кванты дискретной
частоты, но различной поляризации
(направление векторов
)
и начальной фазы.
Если возбужденный электрон некоторых материалов перескочил определенную зону, то он может застрять на ней на достаточно длительное время. Чтобы вернуть его на исходную орбиталь, нужно дополнительное внешнее воздействие, например, “щелчок” в виде фотона от соседнего электрона.
Представьте себе теперь, что в зоне ионизации под воздействием внешних сил оказалось множество электронов. Процесс возбуждения электронов соответствующего кристалла, переместивший их в зону ионизации именуется накачкой. Пусть теперь в результате стохастических (случайных) причин один из этих электронов вернулся на исходную орбиталь. При этом он испустил фотон определенной частоты. Спустя кратчайший интервал времени порядка 10-19 10-20с он достигнет соседних электронов и тоже побудит их вернутся, испустив при этом фотоны той же частоты. Так, в течении 10-19 секунды произойдет лавинное возвращение всех валентных электронов к “родным” атомам. Если учесть, что период колебания фотонов видимого (светового) диапазона составляет 10-14 с, ясно что все излученные фотоны будут в одинаковой фазе. Соответствие их поляризации достигается использованием специальной системы зеркал.
Материалы, с помощью которых можно получить когерентное излучение, именуются лазерами (аббревиатура английской фразы “light amplification by stimulated emission of radiation”).