1.Как различаются полупроводники, металлы и изоляторы по электропроводности? Какова зонная структура изолятора, проводника и полупро­водника?

Различия полупроводников, металлов и изоляторов по электропроводности:

Проводники (металлы) обладают высокой проводимостью и наименьшим сопротивлением на пути свободных электронов. Сопротивление проводников увеличивается с повышением температуры, они имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. 

Полупроводники обладают проводимостью между проводниками и изоляторами. При низкой температуре полупроводник ведёт себя как изолятор, но при комнатной температуре некоторые электроны могут пересекать запрещённую энергетическую щель, придавая полупроводнику небольшую проводимость. Электропроводность полупроводника увеличивается с повышением температуры, он имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления. 

Изоляторы не пропускают через себя электрический ток из-за высокого электрического сопротивления. Электропроводность изоляторов очень низкая и в обычных условиях может считаться нулевой. Сопротивление изоляторов уменьшается с повышением температуры, они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. 

Зонная структура изоляторов: в изоляторах энергетический зазор между валентной и проводящей зонами очень велик (около 15 эВ). Требуется очень сильное электрическое поле, чтобы протолкнуть валентные электроны в зону проводимости. Из-за этого в зоне проводимости отсутствуют свободные электроны. 

Зонная структура проводников: в проводниках валентная зона занята не полностью, и при воздействии на проводник разности потенциалов электроны могут свободно перемещаться из точек с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом. Зона проводимости пересекается с валентной зоной, получившаяся зона пересечения заполнена не полностью. 

Зонная структура полупроводников: в полупроводниках запрещённая энергетическая щель между валентной и проводящей зонами очень мала (около 1 эВ) по сравнению с изоляторами. Требуется меньшее электрическое поле (меньшее, чем у изоляторов, но большее, чем у проводников), чтобы выталкивать свободные электроны из валентной зоны в зону проводимости. При низкой температуре валентная зона полупроводника полностью заполнена, а зона проводимости полностью пуста. 

2. Что такое дырка c точки зрения зонной теории?

С точки зрения зонной теории, дырка — это отсутствие электрона, разорванная ковалентная связь.  

Она образуется в валентной зоне, когда электрон переходит в зону проводимости и оставляет пустое место. Дырки перемещаются в валентной зоне и участвуют в переносе электрического заряда, увеличивая электропроводность полупроводника.

3. Объясните возникновение локальных энергетических уровней в кристалле.

Возникновение локальных энергетических уровней в кристалле объясняется действием сил взаимодействия между атомами.  

В твёрдом теле атомы расположены близко друг к другу, и между ними возникают новые силы — силы отталкивания между ядрами и электронами соседних атомов и силы притяжения между всеми ядрами и всеми электронами. Под действием этих сил энергетические состояния в атомах изменяются: энергия одних электронов увеличивается, других — уменьшается.  

В результате из каждого дискретного энергетического уровня атома или молекулы образуется энергетическая зона, состоящая из очень близко расположенных энергетических уровней.  

Локальные энергетические уровни возникают в местах расположения примесей. В пространстве примесные атомы обычно располагаются далеко друг от друга, и переходы электронов между ними маловероятны.