36. Принцип Паули. Периодическая система элементов.
3. Принцип Паули и периодическая система Менделеева
Периодическая система — это наглядное отражение последовательного заполнения электронных состояний.
Порядок заполнения
Электроны занимают свободные места с наименьшей энергией (принцип минимума энергии).
1.Водород (Z=1): Один электрон на уровне 1s.
2.Гелий (Z=2): Два электрона на 1s с разными спинами. Уровень n=1 полностью заполнен. Это инертный газ.
3.Литий (Z=3): Третий электрон не может «влезть» на заполненный уровень 1s, поэтому он занимает уровень 2s. Так начинается второй период.
Физический смысл групп и периодов
•Номер периода соответствует главному квантовому числу n внешних электронов.
•Номер группы (для главных подгрупп) соответствует числу электронов на внешнем слое (валентных электронов).
•Химическое сходство элементов одной группы (например, щелочных металлов) объясняется тем, что у них одинаковая конфигурация внешних электронов, хотя общее их число разное.
37. Энергетический спектр электронов в твёрдых телах.
Фотопроводимость полупроводников – увеличение электропроводности полупроводников под действием электромагнитного (светового) излучения. В основе этого явления лежит переход электронов из связанных состояний в свободные при поглощении квантов излучения. Состояния электронов в атоме характеризуются только вполне определенными значениями энергии, которые называют энергетическими
уровнями. В твердом теле отдельные уровни энергии электронов в атомах трансформируются в энергетические зоны, имеющие конечную энергетическую ширину
-Валентная зона: Самая высокая по энергии зона, которая при температуре абсолютного нуля (0 К) полностью заполнена электронами. Электроны здесь связаны с атомами и не участвуют в проводимости.
-Запрещенная зона (Зона запрета, Energy band gap): Энергетический интервал между валентной зоной и зоной проводимости. В этом интервале нет разрешенных энергетических состояний для электронов. Ширина запрещенной зоны (Eg) — критический параметр.
-Зона проводимости: Самая низкая по энергии разрешенная зона, которая при 0 К является пустой. Электроны, попавшие в эту зону (за счет тепловой энергии, света и т.д.), могут свободно двигаться под действием внешнего поля, создавая электрический ток.
Зону энергий, соответствующую наивысшему заполненному электронамиуровню, называют валентной зоной, так как состояния с этими значениямиэнергии заполняются валентными электронами атомов. Ближайшую к валентной энергетическую зону, соответствующую не занятой электронами разрешенной совокупностью состояний, называют зоной проводимости.
38. Квантовое различие между металлами, полупроводниками и диэлектриками.
1. Квантовая основа: Уровень Ферми и вероятность заполнения
Уровень Ферми (E_F) — это энергетический уровень, вероятность заполнения которого электроном при температуре абсолютного нуля (0 К) равна точно 1/2. При 0 К все состояния ниже E_F заполнены (вероятность = 1), все состояния выше — пусты (вероятность = 0). При T > 0 К "ступенька" распределения Ферми-Дирака размывается.
Запрещенная зона (E_g) — область энергий, где нет ни одного квантово-разрешенного состояния для электрона в идеальном кристалле.
Ключевой вопрос: Где находится уровень Ферми относительно валентной зоны (ВЗ) и зоны проводимости (ЗП), и как он отделен от пустых состояний?
39. Собственная и примесная электропроводность полупроводников.
40. Внутренний фотоэффект.
Если энергия фотона, поглощаемого веществом, равна или больше энергии, необходимой для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости (больше или равна ширине запрещенной зоны), то в твердом теле под действием светового излучения появляются добавочные носители тока. Они
обусловливают фотопроводимость и создают фототок.