6.5 Полупроводники

П/п – класс в-в с удельным сопротивлением от 10^-5 до 10^-8 Ом•м, которое очень резко уменьшается с ростом температуры.

1. Собственная п/п проводников. Ею обладают элементы 4 группы (Ge, Si). Возможен отрыв одного е, что приведет к возникновению свободных е и + заряженных дырок. Рекомбинация – е занимает место дырки. (Рис39) При kT>=ΔE возможен переход е из валентной зоны в зону проводимости. Но возможен и обратный процесс. σ=σ₀exp(-ΔE/2kT) – закон изменения собственной проводимости.

2. Примесные п/п

1. П/п n-типа. В кристаллическую решетку внедряют атом с большим кол-вом е. (Рис) Получаем е проводимость. n_e>>n₊. Атом As – донор. С точки зрения зонной теории: наборы энергетических уровней донора близки к возможным зн-ниям энергии в зоне проводимости (РИС40).

2. П/п p-типа. Образуется при внесении примесей атомов с меньшим кол-вом е (Ga). Образуется дырка и их конц >> конц е.

3. P/n переход (РИС41). а)При контакте происходят процессы диффузии и рекомбинации и на границе устанавливается динамическое равновесие. б) Эл поле источника тока будет направлено против Δφ и будет его уменьшать и через переход будет течь ток. в) Эл поле источника тока бедет увеличивать Δφ и ток через преход не пойдет, но часть неосновных носителей будет переходить.

7. Физика ядра элементарных частиц.

7.1. Основные свойства и строение ядра.

Ядро – центральная часть атома, в котором сосредоточена почти вся масса атома и его положительный эл заряд. Св-ва: 1) Все ядра состоят из протонов и нейтронов, которые явл зарядовыми состояниями одной частицы – нуклон. Общее число протонов и нейтронов называется массовым числом. А=Z+N, где Z - порядковый номер атома, N – число нейтронов. 2) Заряд ядра q_я=Z|e| 3) Ядра с одинаковым Z, но с различными A называются изотопами. Наоборот – изобарами. 4) Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющего условный смысл в силу размытости ядра R_я=R₀A^1/3, где R₀=(1,3..1,5)10^-15 м 5) Плотность ядра очень большая ρ≈10¹⁷ кг/м³ и почти одинакова для всех атомов 6) Ядро имеет собственный момент импульса – спин ядра L_я=√(l(l+1))•ħ, где l – спиновое ядерное квантовое число. l=0, 1/2, 1, 3/2…

Спин ядра складывается из спинов нуклонов и из орбитальных моментов импульса нуклонов. Ядро обладает магнитным моментом. P_я=g_яL_я, где g_я – ядерное геромагнитное отношение. Единицей магнитного момента служит магнетон. Протон - [1μ_я]=[e ħ/2m_p]. Электрон - [1μ_е]=[e ħ/2m_е]. 1μ_е/1μ_я=m_p/m_e=1836.

7.2. Ядерные силы

Это особые силы, которые преобладают между нуклонами в ядре и намного больше F_к и гравитационной силы. Св-ва: 1) Ядерные силы – силы притяжения 2) Они короткодействующие ( на расстоянии примерно 10^-15 м) 3) Им свойственна зарядовая независимость 4) Им свойственно насыщение (Каждый нуклон взаимодействует только с определенным кол-вом нуклонов) 5) Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов. Например ₁p¹+₀n¹→₁H² только если спины будут антипараллельны 6) Они не являются центральными.

Одной из простейших теорий ядерных сил является обменная теория, которая предполагала, что взаимодействие между нуклонами осуществляется за счет пионов m_П=250m_e. Время Δt, в течение которого происходи обмен пионами из соотношения неопределенности Δt≥ħ/ΔЕ, ΔЕ∙Δt≥ħ, где ΔЕ – неопределенность в значении энергии пиона. ΔЕ≤m_Пс², отсюда Δt≥ħ/m_Пс². За время Δt пион может пройти расстояние, сравнимое с радиусом ядра r≤R_я, V_П≈с, поэтому R_я=Δtc=ħ/(mc), отсюда m_П=ħ/R_яс≈250m_e.