Бондарев Б.В. Курс общей физики Кн. 3 Термодинамика. Статистическая физика. Строение вещества
.pdf
меньше единицы. |
, |
что в результате теплового |
движения |
Это означает |
|
|
|
некоторые электроны отрываются от атомов н становятся свободными. |
|||
Очевидно, что число М. появившихся таким образом свободных электро- |
|||
|
, освободившикся при ик уходе из атомов. |
||
нов равно числу М, состояний |
, энергия которого лежит в валентиой |
||
|
|
||
Свободное от электрона состояние |
|
||
зоне, называют ” дмркой” . Это свободное состояние со временем опять мо- |
|||
|
. |
Если свободное состояние в валентной |
|
жет быть заполнено электродом |
|
, |
|
зоне (т.е. дырку) |
|
|
|
заполняет электрон, который до этого был свободным |
|||
то такой процесс называется рекомбияацней дырки со свободным элек- |
|||
троиом. Если же в дырку переходит валеитный электрон от соседнего |
|||
атома, то на прежнем месте этого электрона образуется новая дырка. Та- |
|||
ким образом дырка может перемещаться по кристаллу от одного атома |
|||
|
|
|
- |
к другому. Дырка, т.е. свободное состояние в валентной зоне, обознача |
|||
ется символом Ь |
|
). |
|
(от англ. Ьоіе - дырка |
|
||
І\ / І
\/
_
//\\
Рис. |
10.10. Атом Се |
иего ближайшие соседи
екристалле германия.
Вокруг каэюдого атома движутся восемь сметаны: электронов
В изолированном атоме валентные электроны движутся вокруг ядра. |
||||||
Если атом |
вкоднт в состав кристалла, то движение его валентнык элек- |
|||||
|
. |
В металле валентные |
электроны стано- |
|||
тронов существенно изменяется |
|
|
. |
В полупро- |
||
вятся “свободными” н движутся по всему объему кристалла |
|
|||||
воднике только немногие валеитные электроны могут стать свободными. |
||||||
Валентиый электрон, который еще не освободился из атома, движется |
||||||
так, что его можно считать принадлежащим сразу двум соседним атомам. |
||||||
Если можно было бы нарисовать траекторию движения такого электро- |
||||||
на, то она была бы похожа на цифру восемь, окватывающую два атома. |
||||||
Такой электрон осуществляет связь двук атомов, которая называется |
||||||
|
, атом германия Се содержит |
четыре валентнык |
||||
коементион. Например |
|
|
|
|
||
электрона. |
Поэтому в кристалле германия каждый атом Се окружен че- |
|||||
|
, с которыми он “обменивается” |
валентными |
||||
тырьмя соседними атомами |
|
(рис. |
. Эти |
|||
электронамн, осуществляющими ковалентную связь |
||||||
10.10) |
||||||
четыре “соседа” расположены в вершинах воображаемого правильного |
||||||
тетраэдра. |
Символ Се* на рис. |
10.10 обозначает положительный иои |
||||
германия, |
так называемый атомный остаток, который образуется после |
|||||
260
10.10. Примесные полупроводники р-типа
, |
когда в качестве примесей |
Рассмотрим теперь случая |
|
германия Се присутствуют атомы трехвалентного индия Іп |
|
Фж |
Ф\\ //Ф |
в кристалле (рис. 10.16).
>Ф\\ >Ф<<
Фу Мёд |
\\Ф |
Рис. 10.16. Атом индия Іп |
в кристалле германия |
Три внешних электрона атома индия образуют ковалеитные
тремя из четырех соседних атомов германия Се. При этом одно ние около атома индия остается свободным. Энергия электрона
связи с состоя- в таком
состоянии только на сравнительно небольшую величину ДЕ. выше по- толка валентнои эоны. Энергии этих состоянии называются акцентор- ными уровнями. При 'Г = 0 все эти состояния свободны и уровень Ферми
расположен между потолком валентноя зоны и акценторнымн уровнями (рис. 10.17).
о '--(Е)
___-щ: ------- 1
53
|
А кцеиторные |
І |
уровни |
14'_ __ |
|
Е! ЕР |
|
І Е2
ЗП
__ Ё
Рис. 10.17. Функция Ферми |
- Дирака |
|
и энергетические уровни электронов в полупроводнике р-типа |
||
При повышении температуры электроны |
с энергиями из валентной |
|
, осуществляющие связь |
между атомами |
|
зоны (т.е. внешние электроны |
|
|
Се) начинают заполнять свободные состояния с более высокими энер- |
||
гиями. Как видно из рис. 10.17, энергия электронов, оторвавшихся от |
||
атомов германия, будет принимать значения, отмеченные на оси энергии |
||
268
