Спектр излучения атома водорода.

Энергия атома как микроскопической системы принимает дискретный ряд значений (квантуется) соответствующих стационарным состояниям атома. В частности, подтверждением этого является анализ огромного экспериментального материала, накопленного при изучении атомных спектров излучения и поглощения.

Спектр излучения атомов – это набор узких, почти монохроматических максимумов интенсивности излучения при некоторых длинах волн, называемых спектральными линиями. Спектральные линии возникают вследствие перехода электронов в атомах с одного энергетического уровня на другой. Переход этот происходит за время ~10^-8 с. По мере удаления от ядра энергия электрона увеличивается. При переходе в атоме с более высокого энергетического уровня на более низкий электрон излучает квант энергии . В процессе такого перехода изменяется величина главного квантового числа. Величину энергии кванта излучения рассчитывают на основании теории Шредингера по уравнению (5.53).

Пусть электрон находится вначале на энергетическом уровне с энергией E_m определяемой главным квантовый числом m. Затем он перешел на уровень с энергией Е_n и главным квантовым числом n. Энергия кванта излучения равна разности энергий Е_m и Е_n:

(5.61)

Частота излучения с учетом зависимостей (5.53) и (5.61)

(5.62),

где - постоянная Ридберга. Соотношение (5.62) называется обобщенной формулой Бальмера.

Впервые подобную формулу, описывающую все известные в то время спектральные линии атома водорода в видимой области спектра (для и ) получил экспериментально швейцарский ученый Бальмер: (5.63)

Спектральные линии, отличающиеся различными значениями , образуют группу или серию линий и при серия называется серией Бальмера. С увеличением линии серии сближаются, значение определяет границу серии, к которой со стороны больших частот примыкает сплошной спектр.

В начале 20 века в спектре атома водорода было обнаружено ещё несколько серий. В ультрафиолетовой области спектра () находится серия Лаймана:

В инфракрасной области спектра находятся:

серия Пашена

серия Брэкета

серия Пфунда

серия Хэмфри

Т.о. спектральные серии – группа спектральных линий, возникающих при переходе электронов в атомах с различных энергетических уровней на один и тот же уровень (см. рис.).

Собственная проводимость полупроводников.

Полупроводниками являются некоторые химически чистые вещества, многие соединения и сплавы. Следует указать, что многочисленные и разнообразные применения, которые находят полупроводники в технике, обусловлены следующими факторами:

- электропроводностью полупроводников можно упра­влять в широких пределах путем введения в них очень малых примесей;

- проводимость полупроводников своеобразно и сущест­венно изменяется с изменением температуры, при их освещении и т. д.;

- наличием совершенных выпрямительных и усилительных свойств полупроводниковых контактов;

- возникновением при определенных условиях больших фото- и термоэлектродвижущих сил и др.

Полупроводниковые материалы в зависимости от их химического состава делятся на собственные и примесные.

Собственные полупроводники — это химически чистые вещества, имеющие атомные кристаллы, в которых между атомами действует ковалентная связь. К собственным полупроводникам относятся вещества 12 элементов таблицы Менделеева. Они образуют компактную группу, расположенную в середине периодической таблицы элементов Менделеева (см. табл.).

I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
2	4 Ве	5 1.0 В	6 5.6 С	7 N	8 0
3		13 Al	1 1.1 4 Si	1 1.5 5 Р	1 2.4 6 S	17 С1
4		31 Gа	3 0.7 2 Gе	3 1.2 3 As	3 1.8 4 Se	35 Вг
5		49 In	5 0.08 0 Sn	5 0.1 1 Sb	5 0.4 2 Те	5 1.3 3 I	54 Хе
6			82 РЬ	83 Вi	84 Ро	•85 At

Цифры справа от элемента указывают ширину запрещенной зоны (в электронвольтах) в кристалле данного элемента при комнатной температуре. Ширина зоны закономерно увеличивается с возрастанием номера группы элемента в данном периоде и уменьшается с увеличением величины периода элемента в данной группе. Эта закономерность обусловлена структурой внешних электронных оболочек его атомов.

При температуре Т = 0 К валентная зона собственного полупроводника заполнена полностью электронами по два на каждом уровне в соответствии с запретом Паули. В свободной зоне электронов нет. Электроны не могут перейти в свободную зону, преодолеть запрещенную зону и полупроводник электрический ток не проводит, т. е. при Т = 0 К вещество является изолятором.

При температуре Т > 0 К возможны переходы электронов из валентной зоны в свободную либо под действием внешнего электрического поля (напряжения), либо за счет действия других внешних факторов (освещение, облучение рентгеновским или радиоактивным излучением и т. д.), в результате создаются предпосылки для возникновения электрического тока в полупроводнике. Дополнительная энергия, необходимая электрону для того, чтобы он мог перейти с верхнего уровня валентной зоны на нижний уровень свободной зоны, называется энергией активации. Энергия активации равна ширине запрещенной зоны Е.

В свободной зоне электроны могут, практически свободно перемещаясь, переходить на более высокие энергетические уровни. Своим движением в свободной зоне электроны создают электронный ток силой I_–. Поэтому свободную зону называют зоной электронной проводимости.

В валентной зоне на месте ушедшего электрона возникает вакантное место. Недостаток отрицательного заряда равнозначен избытку положительного заряда, поэтому говорят, что в валентной зоне образуются дырки — положительные заряды, по абсолютной величине равные заряду электрона. Под действием электрического поля электроны с нижних уровней валентной зоны стремятся занять места дырок на верхних уровнях, в результате чего наблюдается смещение дырок на нижние уровни. Движение дырок в валентной зоне создает дырочный ток силой I_+. Поэтому валентную зону называют зоной дырочной проводимости.

Результирующий ток в собственном полупроводнике представляет собою сумму электронного и дырочного токов и сила результирующего тока определяется как

Величина удельной электропроводности  собственного полупроводника определяется концентрацией пар (электрон-дырка) носителей заряда и их подвижностью

где n₀ –концентрация пар носителей заряда;

u_–— подвижность электронов;

u₊— подвижность дырок.