Министерство образования Нижегородской области
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Нижегородский радиотехнический колледж»
Дисциплина: «ФИЗИКА»
Конспект лекций
для студентов 1 курса
специальностей 210413Радиоаппаратостроение
210414Техническое обслуживание и ремонт
радиоэлектронной техники (по отраслям)
230113 Компьютерные системы и комплексы
230401 Информационные системы
г. Нижний Новгород
2014г.
Содержание
1 Основы зонной теории…………………………………..3
2 Внутреннее строение полупроводников ……………....4
3 Контактные явления……………………………………..7
4 Внутренний и внешний фотоэффект……………….….13
5 Пьезоэффект…………………………………………….14
6 Параметры, транзисторов……………………………..15
7 Лазеры…………………………………………………..18
Литература………………………………………………..23
Основы зонной теории
1.1 Классификация твердых тел по проводимости
Все вещества состоят из атомов. Атом, в свою очередь, состоит из более мелких частиц: протонов, электронов, нейтронов.
Протоны имеют положительный электрический заряд, электроны – отрицательный, нейтроны – электрически нейтральны (их заряд равен нулю).
Протоны и нейтроны образуют ядро атома, вокруг которого по определенным орбитам вращаются электроны.
Атом является электрически нейтральным (положительный заряд ядра нейтрализуется отрицательными зарядами электронов).
Каждой орбите соответствует определенная энергия: потенциальная и кинетическая. Потенциальная – за счет нахождения электрона на некотором расстоянии от ядра, кинетическая – за счет движения электрона.
На орбите электрон удерживается за счет силы притяжения к ядру. Чтобы удалить электрон от ядра, необходимо преодолеть их взаимное притяжение, т.е. затратить некоторую энергию. Поэтому электроны, находящиеся на внешних (более удаленных) орбитах, обладают большей энергией, чем электроны, находящиеся на внутренних орбитах.
,
где
-
энергия
Электроны, находящиеся на внешних орбитах атомов, называются валентными.
Они определяют химическую активность вещества – валентность (если на внешней орбите атома какого-то вещества находятся 4 валентных электрона, то это вещество является четырехвалентным).
При сообщении дополнительной энергии (тепловой, световой, радиационной и т.д.) валентные электроны могут покинуть свою орбиту.
Освободившиеся от внутриатомных связей электроны называются свободными.
При возникновении свободного электрона нарушается электрическая нейтральность атома – появляется положительный ион.
Процесс образования ионов называется ионизацией.
При отсутствии электрического поля свободные электроны движутся хаотично. При наличии электрического поля движение свободных электронов становится направленным – возникает электрический ток.
Электрический ток – это направленное движение носителей заряда (НЗ).
Чем больше свободных электронов имеет вещество, тем выше его электропроводность, т.е. способность вещества проводить электрический ток.
По степени электропроводности твердые тела делятся на: проводники, полупроводники, диэлектрики.
Энергетическая диаграмма твердого тела
В 1890г. Планк выдвинул гипотезу, согласно которой электроны в атоме не могут обладать произвольной энергией.
Каждой орбите соответствует строго определенная энергия электрона – так называемый разрешенный энергетический уровень.
Энергия, которой не может обладать электрон, соответствует запрещенному энергетическому уровню.
Все это относится к одному изолированному атому. Но твердое тело состоит из множества атомов, которые расположены настолько близко друг к другу, что на электроны влияет не только ядро собственного атома, но и ядра соседних атомов.
В результате взаимодействия многих атомов происходит расщепление энергетических уровней на подуровни - возникают энергетические зоны.
Совокупность энергетических уровней свободных электронов образует зону проводимости (ЗП).
Совокупность энергетических уровней валентных электронов образует валентную зону (ВЗ).
Энергетический промежуток, не содержащий энергетических уровней, называется запрещенной зоной.