6. Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории. Полупроводники. Собственная проводимость полупроводников. Примесная проводимость полупроводников (рисунки).

Валентная зона – зона, образующаяся расщеплением энергии уровня, на к-ром нах-ся валентный е.

Зона проводимости – зона более высокой энергии уровней, расположенная выше в.з., объединяет незаполненные энергетические уровни.

Запрещенная зона – набор значений энергий, приобретение к-рых е в данном веществе невозможно.

П.п. – т.т., к-рые при 0К хар-ся полной занятостью в.з., отдаленность от з.п. ΔЕ порядка 1эВ.

Собственная проводимость п.п.

Проводимость обусловленная проводимостью е (электронная проводимость) – проводимость n-типа.

Проводимость обусловленная проводимостью дырок (дырочная проводимость) – проводимость p-типа.

n_e=n_p

Энергия активации – энергия, затрачиваемая на переброс е из в.з. в з.п. (=ширине з.з.)

Примесная проводимость п.п.

в вод примесного уровня

1) примеси – источники е (доноры) донорные энергетические уровни, валентность примеси на 1> валентности п.п., носители тока – е. ΔE_D<kT

2) примеси – источники дырок (акцепторы) акцепторные энергетические уровни, валентность примеси на 1< валентности п.п., носители тока – дырки. ΔE_А<kT

7. Работа выхода электрона из металла. Термоэлектронная эмиссия. Явление Пельтье.

Свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл, => в поверхностном слое металла должно задерживающее э. п., препятствующее выходу е из металла.

Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум называется работой выхода.

Причины работы выхода:

1. если электрон покидает металла, то на поверхности металла индуцируется избыточный q₊, который взаимодействует с вылетающим е, притягивая ее, тогда работа, противостоящая F_K есть часть работы выхода.

2. некоторые быстрые электроны способны за счет своего теплового движения удаляться с поверхности металла на 2 и более межатомного расстояния. Тогда у поверхности металла образуется «электронное облако». Плотность этого облака с удалением от металла быстро убывает. Поверхность при этом заряжается положительно. Эта поверхность и электронное облако образует 2-ой электронный слой (конденсатор), поле к-рого сосредоточено лишь между обкладками и не вызывает внешнего электрического поля. Т.о. для того, чтобы е покинул, метал, он должен преодолеть этот 2-ой потенциальный барьер, т.е. совершить некоторую работу. Чем больше е покинуло, метал, тем больше становится величина потенциальной поверхности барьера, и процесс выхода е прекращается. Разность потенциалов в образующемся слое называется поверхностным скачком φ и определяется работой выхода е из м.. Δφ=^А/_е

Т.о. м. для е проводимости, представляет собой потенциальную яму с плоским дном, глубина которого равна работе выхода. Работу выхода надо отсчитывать от уровня Ферми.

A=E_V-E_F

Термоэлектронная эмиссия – испускание е нагретыми м. Концентрация свободных е в м. достаточно высока => даже при средних температурах вследствие распределения е по скоростям (Е) нек-рые е обладают Е, достаточной для преодоления φ-ого барьера на границе м.. С увеличением Т число е, Е_к теплового движения к-рых > A_вых, растет и яв-ие термоэл. эмиссии становиться заметным.

Явление Пельтье.

Рассмотрим замкнутую цепь из двух разнородных металлических проводников 1 и 2 с Т₁>T₂, э.д.с. ξ возникающая в этой цепи – термо- э.д.с.

Э.д.с. сос-т из: контактной э.д.с. (обусловлена разной концентрацией е, ξ_кон=∑Δφ_внеш, где Δφ_внеш=α, if T₁!=T₂ then ξ_кон!=0) и дифузорной э.д.с. (сред. Е е проводимости зависит от природы проводника и по разному растет с Т ξ_диф=∑Δφ, где Δφ-скачок φ).

Замкнутая цепь проводников, создающая электрический ток за счет р

Рис.1. эффект Пельтье.

азличия температур контактов между проводниками, называется термопарой.

Явление Пельтье: если по замкнутой цепи, составленной из двух разнородных проводников 1 и 2, пропускать ток, то один из спаев нагревается, другой - охлаждается. На рис.1 показана замкнутая цепь, состоящая из двух разнородных проводников с попарно спаянными концами и источник тока .

Предположим, что металлы 1 и 2 подобраны таким образом, что при их контакте первый зарядится положительно, второй - отрицательно. Контактные электрические поля Е, в данном случае, будут направлены так, как указано на рис.1. Поскольку ток в рассматриваемом случае идет по часовой стрелке (подключена э.д.с.), то движение электронов в цепи происходит в противоположном направлении. В спае B движение е ускоряется полем контакта, и Е_к е возрастает за счет энергии спая. Поэтому спай б охлаждается. В спае A поле контакта замедляет движение e => е отдают свою энергию спаю. За счет этой энергии спай а нагревается. Эффект Пельтье можно использовать для устройства холодильной машины.

8. P-n переход, диод. Прямое и обратное включение диода (рисунки). Вольтамперная характеристика.

p-n переход – граница соприкосновения 2-х п.п., один из к-рых имеет дырочную, др. – е-ую проводимость.

p-n проводник – п.п., в к-ром концентрация дырок значительно больше концентрации е.

1 – обратное вкл. диода. Направление э.п. расширяющее запирающий слой (контактный слой п.п. объединенный е в зоне проводимости, и его R значительно больше, чем в остальном объеме п.п.) – обратное.

2 – прямое вкл. диода. если применить внешнее поле противоположно полю контактного слоя => толщина слоя и его R уменьшаться – прямое.

Вольтамперная хар-ка - зависимость напряжения от тока или тока от напряжения на участке электрической цепи

ΔI_э≈ΔI_к

R_вых>>R_вх

ΔI_э · R_вх<< ΔI_к · R_вых

ΔU_вх<<ΔU_вых