§51 Элементы данной теории твердых тел

Нарисуем энергетический спектр электронов в кристалле.

Если имеется отдельный атом, то электрон локализован внутри отдельной гиперболической ямы. Na

В кристаллическом теле при сближении атому и образовании из них кристалической решетки глубина уменьшается, а значит уменьшается высота и ширина потенциальног барьера.

Взаимодействие атомов между собой приводит к перестройке энергетического спектра и валентный энергетический уровень Е₃может оказаться выше потенциального барьера. Следовательно валентные электроны могут свободно перемещаться в кристалле образуя электронный газ.

Данная теория дает понять почему в одних телах есть свободные электроны, а в других нет.

При сближении двух атомов и образования кристалической решетки энергетические уровни смещаются и расщепляются. Взаимодействие атомов приводит к образованию энергетических зон (диапозон энергий состоящих из большого числа близко расположеных энергетических уровней).

Картина энергетических зон.\

С увеличением энергий ширина разрешенной зоны возростает, а запрещенной уменьшается. На каждом энергетическом уровне согласно принципу Паули находится не более двух электронов

Наибольший интерес представляют зоны:

1. Последняя зона где еще имеются электроны;

2. Первая зона свободная от электронов;

В.З.-целеком или частично заселена электронами.

Наличие проводников, диэлектриков согласно данной теории объясняется:

1. Неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон;

2. Шириной запрещенной зоны;

1. Проводники:Na,L,K,..

Na

Энергия теплового движения достаточна для того чтобы электроны стали перемещаться с одного уровня на другой.

2. Щелочно-земельные:Be,Mg,Zn…-происходит перекрытие валентной зоны и зоны проводимости. В.З. полностью перекрыта электронами, а перекрывающая зона –гибридная.

3. Диэлектрики: Na, Cl

При 0⁰K в такой кристалл ток не проводят,при повышении температуры энергии теплового движения будет так же недостаточно чтобы переместить электроны из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому так же вещества не прикаких условиях ток проводить не будут.

4. Полупроводники

При 0⁰K ток проводится не будет, при температуре повышенной энергия теплового движения возрастает и возможен переброс электронов из валентоной зоны в зону проводимости.

При переходе электрона в зону проводимости на его месте появляется дырка при этом коллическво дырок равно колличеству электронов поэтому электроны могут свободно перемещаться внутри проводника, а дырки только внутри валентоной зоны также как положительно заряженные частицы.

§52 Собственные и приместные полупроводники

Полупроводником является твердое тело у которого при 0⁰K электроны полночтью заняты в валентной зоне и сравнительно узкая запрещенная зона. Е_g=0,5-0,7эВ<1эВ

Различают собственные и приместные полупроводники:

Собственные – химически чистые полупроводники, их проводимость называется соственной: Ge, Se.

При 0⁰K и отсутствии внешних факторов они ведут себя как диэлектрики т.е. не проводят ток; при повышении температуры с верхних уровней валентной зоны электроны могут быть переброшены на нижние уровни зоны проводимости. При наложении на кристалл электрического поля электроны будут перемещаться против поля и создавать электрический ток.

Проводимость собственных полупроводников называется элктронной проводимостью или проводимостью «n-типа». В результате тепловых забросов электроны из валентной зоны в зону проводимости в валентной зоне образуются вакантные места – «дырки».

Процесс заполнения дырок электронами равносилен перемещению дырки в направлении противоположном движению электронов. Проводимость собственных полупроводников обусловленная квазичастицами или дырками называется «дырочной проводимостью» или проводимостью «P-типа».

Таким образом в собственых полупроводниках наблюдается два механизма проводимости электронный и дырочный (число электронов в зоне проводимости равен числу дырок в валентной зоне, т.к. концентарции электрондырок равны).

Проводимость полупроводников всегда является возбужденной т.е. всегда появляется только под действием внешних факторов (МП, температура, облучение).

Самый распрастраненный полупроводник GeIV. При 0⁰K все валентные элеткроны принимают участки в образовании связей и не учавствуют в проводимости. При повышении температуры некоторые связи разрываются, электроны становятся свободными и на их месте образуется «дырка»; и «дырки» и электроны могут перемещаться по кристалу но в отсутствии внешних факторов их движение хаотичное. Если на кристалл положить электрополе электроны перемещаются против поля, дырки по кольцу, что приводит к появлению собственной проводимости.

Ударное сопротивление полупроводников: