Содержание предыдущей лекции
Твердые тела
Теория свободных электронов в металлах.
Зонная теория твердых тел. Электропроводность металлов.
1
Контрольный вопрос
Уровень Ферми соответствует:
а) минимальной энергии электронов при Т=0 К, б) максимальной энергии электронов при Т=0 К, в) средней энергии электронов при Т=0 К.
Графики зависимости функции распределения Ферми-Дирака f (E) от энергии
Т = 0 К
f E 1 для |
E EF |
все состояния заняты |
f E 0 для |
E EF |
все состояния свободны |
б) максимальной энергии электронов при Т=0 К
2
Содержание сегодняшней лекции
Твердые тела
Диэлектрики.
Собственные полупроводники. Примесные полупроводники. Сверхпроводимость. Эффекты Джозефсона.
Высокотемпературная сверхпроводимость.
Строение ядра
Некоторые свойства ядер.
3
Зона проводимости
Энергетическая 
щель
Валентная зона
Диэлектрик
Диэлектрики
Некоторые материалы при 0 K:
самая внешняя энергетическая зона вакантна, а располагающаяся под ней зона
полностью заполнена электронами. Верхняя (вакантная) зона – зона проводимости.
Нижняя (заполненная) зона – валентная зона.
Энергетическая щель – большая разница между энергиями валентной зоны и зоны проводимости.
Уровень Ферми - где-то внутри энергетической щели.
4
Зона проводимости
Энергетическая
щель
Диэлектрики
Валентная зона
Предположение: для материала характерна относительно широкая энергетическая щель (несколько эВ).
При комнатной температуре kBT = 0,025 эВ << Eg.
Распределение Ферми-Дирака: переход очень небольшой части электронов в зону проводимости в результате теплового возбуждения.
Невозможность свободного перемещения электронов (материал - диэлектрик).
5
Собственные полупроводники
Собственный п/п - чистый п/п кристалл (только oдин химический элемент).
Такой же тип зонной структуры, как и у диэлектриков, однако значительно более узкая запрещенная зона (порядка 1 эВ).
Ширина запрещенной зоны в некоторых полупроводниках
Кристалл
Зона проводимости
Валентная зона Полупроводник
6
Собственные полупроводники
Уровень Ферми - вблизи середины запрещенной зоны.
Зона проводимости
Валентная зона
Полупроводник
Термическая активация значительного количества электронов из валентной зоны в зону проводимости.
Зона проводимости: много вакантных уровней, располагающихся над уровнями,
заполненными термически активированными электронами.
Небольшая приложенная разность потенциалов V –
легкое повышение энергии электронов в зоне проводимости и возможность появления небольшого тока.
7
Зона проводимости
Собственные полупроводники
Валентная зона Полупроводник
T = 0 K: все электроны в валентной зоне.
Низкие Т: п/п – очень плохие проводники,
тепловой энергии недостаточно для перехода электронов в зону проводимости.
Рост Т: быстрое увеличение электропроводности п/п.
Резкий контраст с поведением металлов, у которых электропроводность с ростом температуры медленно уменьшается.
8
Собственные полупроводники
Образование дырки (вакантного места) в валентной зоне при перемещении электрона из нее в зону проводимости.
дырки
Электроны проводимости
Зона проводимости Запрещенная зона Валентная зона
Приложенное поле Е
Дырка - частица с положительным зарядом +e.
9
Собственные полупроводники
Возможность занятия места дырки свободным электроном из соседнего места.
Появление новой дырки в месте, покинутом электроном.
Результирующий эффект - миграция дырки по материалу в направлении, противоположном направлению движения электрона.
10