4. Что такое энергия Ферми и ее физ.Смысл для электронов проводимости в металлах?
Энергия Ферми — максимальная кинетическая энергия электронов проводимости в металлах (достигается при ).
— масса
электрона.
— химический потенциал при .
— концентрация
электронов проводимости.
— постоянная Планка.
5. Теорема Блоха
Электроны проводимости в полупроводниках нельзя рассматривать как полностью свободные частицы. Необходим учёт их взаимодействия с остовом кристаллической решётки.
Потенциальной
энергией взаимодействия электронов
проводимости является периодическая
функция, такая что:
Блох доказал, что решение уравнение Шредингера с периодической потенциальной энергией имеет вид:
— волновой
вектор.
6. Что такое эффективная масса?
С
помощью эффективной массы можно
рассматривать движение электрона без
учёта взаимодействия с кристаллической
решёткой, а только под воздействием
внешних сил. Если электрон свободный,
то
,
иначе:
— волновой вектор.
— энергия
электрона.
— постоянная Планка.
7. Что такое дырка?
В полупроводнике за счёт тепловой энергии часть электронов переходит их валентной зоны в зону проводимости в валентной зоне остаются незанятое квантовое состояние — дырка (квазичастица).
Дырка перемещается а кристалле подобно пустому месту, заряд дырки "+", скорость перемещения определяется скоростью движения электрона.
8. Что такое собственные полупроводники. Схема заполнения эн. Уровней
В полупроводнике за счёт тепловой энергии часть электронов переходит их валентной зоны в зону проводимости. В валентной зоне остаются незанятое квантовое состояние — дырка (квазичастица).
Проводимость полупроводника обусловлена электронами, попавшими в зону проводимости, и дырками в валентной зоне, концентрации электронов проводимости и дырок равны.
Собственные полупроводники: германий и кремний.
(на рисунке электрон перескочил в ЗП, а вообще собственный ПП содержит полностью заполненную ВЗ и пустую ЗП)
9. Что такое полупроводники n-типа и р-типа? Схемы заполнения энерг. уровней
Полупроводники n-типа — добавлена 5-валентная донорная примесь (As), являющаяся источником свободных электронов.
Энергетический
уровень примеси
:
между
и
(смещен выше).
Полупроводники p-типа — добавлена 3-валентная акцепторная примесь (Ga), являющаяся источником дырок.
Энергетический
уровень примеси
:
между
и
(смещен ниже).
10. Зависимость хим.потенциапа собственного полупроводника от температуры
—температура металла.
— эффективная
масса электронов.
— эффективная
масса дырок.
— постоянная Больцмана.
11. Зависимость хим.потенциапа донорного полупроводника от температуры
—температура полупроводника.
— концентрация
электронов.
— концентрация
примеси.
— постоянная Больцмана.
— энергия
донорного уровня.
— энергия
низа зоны проводимости.
12. В чем заключается эффект металлизации?
Когда химический потенциал оказывается в зоне проводимости, все энергетические уровни в зоне проводимости ниже хим. потенциала полностью заполнены ситуация как у металлов (см. рисунок к 11).
Металлизация начинается при:
— эффективная концентрация электронов.
— концентрация
донорской примеси.
— энергия донорного уровня.
— энергия низа зоны проводимости.
13. Зависимость проводимости металлов от температуры
— масса
электрона.
— концентрация
электронов проводимости.
— время
релаксации (за которое
полностью теряет своё направленное
движение).
Время релаксации определяется столкновением электронов проводимости с атомами примеси (зависит от концентрации примеси, не зависит от температуры) и тепловыми колебаниями кристаллической решётки (увеличивается с ростом температуры). Следовательно при возрастании температуры проводимость убывает.