1 Носители заряда в твердом теле

1.1 Характеристика структуры твердых тел

Система, состоящая из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны называется атомом.

Наименьшая частица вещества, которая сохраняет его свойства называется молекулой.

Твердые тела по своей структуре могут быть аморфными и кристаллическими. В технике электронных приборов используются в основном кристаллические твердые тела.

Идеальный кристалл представляет собой совокупность атомов, образующих повторяющиеся с пространственной периодичностью ячейки. Период ячейки по некоторому направлению носит название постоянной кристаллической решетки.

Регулярность структуры кристалла в значительной степени определяется химической связью атомов, образующих кристаллическую решетку. Силы, связывающие между собой атомы в кристалле, по своей природе являются в основном электростатическими. На связи большое влияние оказывает характер распределения электронов в атомах.

Существуют три основных типа связи между атомами в кристаллической решетке: ионная, ковалентная и металлическая.

Кристаллы с ионной связью характеризуются переходом электронов от атома одного типа к атомам другого типа, образованием противоположно заряженных ионов и взаимным притяжением последних. Ионы кристалла располагаются так, что силы кулоновского притяжения превышают силы кулоновского отталкивания.

На рисунке 1 показана схема кристаллической решетки хлористого натрия.

Рисунок 1 - Кристаллическая решетка хлористого натрия.

Из рисунка 1 можно заключить, что распределение заряда каждого иона в кристаллах с ионной связью имеет приближенно сферическую симметрию, несколько нарушающуюся в промежутках между соседними атомами.

При ковалентной связи два электрона двух соседних атомом «обобществляются», каждый электрон как бы принадлежит двум атомам. Ковалентная связь является двойной, так как в ней участвуют два электрона с противоположными спинами. Это обстоятельство схематично отображено на рисунке 2, где двойными линиями показаны связи между соседними атомами в кристаллической решетке.

Рисунок 2 – Ковалентная связь

Наибольшая электронная плотность сосредоточена в промежутках между атомами, остающимися нейтральными. Связь между атомами здесь осуществляется с помощью, сил возникающих при непрерывном переходе с определенной частотой электронов от одного атома к другому. Ковалентная связь присуща германию, кремнию, алмазу.

Ионная и ковалентная связи представляют собой два возможных крайних случая. Чаще всего связь носит смешанный характер.

При металлической связи большая часть электронов является свободной. Именно это обстоятельство обуславливает высокую электропроводность металлов. Металлический кристалл можно представить себе в виде решетки, в узлах которой располагаются положительные ионы, а в промежутках между ионами перемещаются электроны, образующие практически однородный «электронный газ». Таким образом, металлическая связь является электростатической, т.е. обусловленной взаимным притяжением электронов и ионов в кристалле.