4.Строение атома.

Атом- наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы. При́нцип Па́ули (принцип запрета) — один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому два и более тождественныхфермиона не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии.Принцип Паули можно сформулировать следующим образом: в пределах одной квантовой системы в данном квантовом состоянии может находиться только одна частица, состояние другой должно отличаться хотя бы одним квантовым числом.n-главное квантовое число(1,2,3..),L-орбит.квановое число(форма орбитали)S-орбиталь- сфера,Р ОРБИТАЛЬ-форма 8.

2.Классификация диэлектриков. Диэлектрическими называют материалы, обладающие незначительной электропроводностью. Удельное электрическое сопротивление диэлектриков 810 Ом мρ> ⋅ . У лучших диэлектриков удельное сопротивление превосходит 1610 Ом м⋅ . Четкую границу между значениями удельного сопротивления раз-личных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам, а вырожденные полупроводники при высоких температурах – подобно металлам. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков – возбужденным. Основным электрическим свойством диэлектриков является способность к поляризации, и в них возможно существование электростатического поля. Активными диэлектриками принято называть такие диэлектрики, свойства которых существенно зависят от внешних условий - температуры, давления, напряженности поля и так далее. Такие диэлектрики могут служить рабочими телами в разнообразных датчиках, преобразователях, генераторах, модуляторах и других активных элементах.К активным диэлектрикам относят сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, электреты, материалы квантовой электроники, суперионные проводники и др.

8.Динамика кристалл.решетки Частицы, составляющие кристалл (атомы, ионы, молекулы), под действи-ем внешних сил или в результате теплового движения могут смещаться относи-тельно своих равновесных положений в узлах кристаллической решетки. Вследствие взаимодействия между атомами, удерживающими их в равновес-ных положениях, смещения атомов приобретают характер колебательного про-цесса, который распространяется по всему кристаллу в виде волн. Если смеще-ния атомов малы, то силы межатомного взаимодействия оказываются пропор-циональными смещениям и моделью колеблющегося кристалла может служить система частиц, связанных упругими пружинками. Фоно́н — квазичастица, введённая советским учёным Игорем Таммом. Фонон представляет собой квант колебательного движения атомов кристалла. Акустический фонон характеризуется при малых волновых векторах линейным законом дисперсии и параллельным смещением всех атомов в элементарной ячейке. Такой закон дисперсии описывает звуковые колебания решетки (поэтому фонон и называется акустическим). Оптические фононы существуют только в кристаллах, элементарная ячейка которых содержит два и более атомов. Эти фононы характеризуются при малых волновых векторах такими колебаниями атомов, при которых центр тяжести элементарной ячейки остается неподвижным. Энергия оптических фононов обычно достаточно велика (порядка 500 см−1) и слабо зависит от волнового вектора.Наряду с электронами, акустические и оптические фононы дают вклад в теплоёмкость кристалла.

7.Дефекты кристаллической решетки.Кристаллическая решетка несвободна от различных микродефектов, то есть устойчивых нарушений правильного расположения атомов или ионов в уз-лах, соответствующих минимуму потенциальной энергии кристалла. Дефекты чаще всего классифицируют по отношению размеров дефекта к размеру межатомного расстояния в трехмерном пространстве. Дефекты в кристаллах образуются в процессе их роста, под влиянием тепловых, механических и электрических воздействий, а также при облуче-нии нейтронами, электронами, рентгеновскими лучами, ультрафиолетовым из-лучением (радиационные дефекты) и т.п. Точечные или нульмерные дефекты – это дефекты с размерами, сравнимыми с размерами атома. К точечным дефектам относятся примесные атомы внедрения и замещения, межузельные атомы и вакансии, а также центры окраски. Межузельные атомы – это примесные или собствен-ные атомы, избыточные для данной кристаллической решетки. Вакансии – это узлы кристаллической решетки, в которых отсутствуют атомы(примесный атом, примесные ионы и другие заряженные дефекты-центры окраски)Одномерные- дислокация-нарушение в чередовании кристалл.плоскостей. Двумерные -граница зерен, доменов, сама поверхность. Трехмерные- микропустоты.

12.Электропроводность металлов.В основе классической электронной теории металлов, развитой Друде и Лоренцом, лежит представление об электронном газе, состоящем из свободных (коллективизированных) электронов. Электронному газу приписываются свойства идеального газа, т.е. движение электронов подчиняется законам классической статистики. Средняя скорость теплового движения электронов для комнатной температуры составляет порядка 510≈u м/с. Если считать, что атомы в металле ионизированы однократно, то концентрация свободных электронов будет равна концентрации атомов и может быть рассчитана по формуле: ρ=nNA , (0.1) где ρ – плотность материала, А – атомная масса, NA – число Авогадро. Приложение внешнего напряжения приводит к увлечению электронов в направлении действующих сил поля, т.е. электроны получают некоторую добавочную скорость направленного движения, благодаря чему и возникает электрический ток. Плотность тока в проводнике определяется выражением: др=Jenv , где дрv – средняя скорость направленного движения носителей заряда (ско-рость дрейфа), которая составляет порядка 4др 10−≈v м/с. При подстановке скорости дрейфа, получим равенство: τ= enEJ m .

11.Зонная теория металлов.Зонная теория твёрдого тела — квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле.В соответствии с квантовой механикой свободные электроны могут иметь любую энергию — их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие изолированным атомам, имеют определённые дискретные значения энергии. В твёрдом теле энергетический спектр электронов существенно иной, он состоит из отдельных разрешённых энергетических зон, разделённых зонами запрещённых энергий. Уровень Ферми, для металлов – это такой энергетический уровень, вероятность нахождения на котором заряженной частицы равна 0.5 при любой температуре тела. Дрейфовую скорость в единичном электрическом поле определяют термином подвижность µ: µ = L τ / m*.Под действием электрического поля электроны приобретают ускорение eE / m*, где m* - эффективная масса носителей. Полученное ускорение создает скорость движения электрона между соударениями (дрейфовая скорость vdr): vdr = e E τ / m*,где τ - время свободного пробега между двумя столкновениями.

13.Зонная структура собственных полупроводников.Полупроводники – наиболее распространенная в природе группа веществ. К ним относят химические элементы: бор (В), углерод (С), кремний (Si), фосфор (Р), сера (S), германий (Ge), мышьяк (As), селен (Se), олово (Sn), сурьма (Sb), теллур (Те), йод (I); химические соединения типа АI ВVII, АIII ВV, АIV ВIV, AI BVI, AII BVI (GaAs, GeSi, CuO, PbS, InSb и другие). Вещества, в которых при температуре абсолютного нуля верхняя из заполняемых электронами энергетических зон (валентная зона) и нижняя из незаполняемых энергетических зон (зона проводимости) не перекрываются, составляют классы полупроводников и диэлектриков. В полупроводниках энергетический зазор между разрешенными для электронов зонами, называемый “запрещенной зоной”, не очень велик (порядка 1 эВ), что приводит к появлению в зоне проводимости заметного числа свободных электронов при Т > 0 К. В отличие от металлов изменение концентрации свободных носителей - электронов и дырок - может изменятся под влиянием температуры, освещения или относительно малого (порядка 0,1-1 %) количества примесей. Процесс образования свободных электронов и дырок под воздействием тепла называют тепловой генерацией. Она характеризуется скоростью генерации G, определяющей количество пар носителей заряда, генерируемых в единицу времени. Помимо тепловой генерации возможна генерация под воздействием света или каких-либо других энергетических воздействий. Возникшие в результате генерации носители заряда находятся в состоянии хаотического движения. Двигаясь хаотически, электроны могут занимать вакантные места в ковалентных связях. Это явление называют рекомбинацией и характеризуют скоростью рекомбинации R, определяющей количество пар носителей заряда, исчезающих в единицу времени. Энергия Ферми или энергия электрохимического потенциала – работа, которую необходимо затратить для изменения числа частиц в системе на единицу при условии постоянства объема и температуры. Уровень Ферми определяется из условия постоянства количества электронов в кристалле независимо от распределения их по энергиям.

14.Зонная структура примесных полупроводникПолупроводники, кристаллическая решетка которых помимо четырехвалентных атомов содержит атомы с валентностью, отличающейся от валентности основных атомов, называют примесными. Если валентность примесных атомов больше валентности основных атомов, то пятый валентный электрон примесного атома оказывается незанятым в ковалентной связи, то есть становится лишним и легко отрывается от атома, становясь свободным. Такой полупроводник называют электронным, или полупроводником n-типа, а примесные атомы называют донорами. Наряду с ионизацией примеси в электронном полупроводнике происходит тепловая генерация, но количество образующихся при этом электронов и дырок существенно меньше, чем в собственном полупроводнике. Это объясняется тем, что электроны, полученные в результате ионизации донорных атомов, занимают нижние энергетические уровни зоны проводимости и переход электронов из валентной зоны может происходить только на более высокие уровни зоны проводимости.

16.Концентрация носителей заряда в примесных полупроводниках.Концентрация равновесных носителей заряда зависит от положения уровня Ферми. В электронном полупроводнике концентрация электронов в основном обусловлена переходом электронов с энергетических уровней dε на энергетические уровни зоны проводимости. Поэтому концентрация nn должна быть равна концентрации ионизированных доноров, положение уровня Ферми зависит от температуры и концентрации примеси. Таким образом, при любой концентрации примесей произведение концентраций электронов и дырок остается постоянной величиной.

15.Концентрация носителей заряда в собственных полупроводниках.В единичном объеме конкретного полупроводника при данной температуре находится определенное количество свободных носителей, которое называется концентрацией. Для нахождения концентрации носителей необходимо учесть число имеющихся в разрешенной зоне (зона проводимости для электронов и валентная зона для дырок) свободных энергетических уровней N(ε), принимая во внимание принцип Паули