- •Квантовая физика
- •Квантовые свойства электромагнитного излучения (эми) Тепловое излучение (ти)
- •Фотоэффект
- •Тормозное рентгеновское излучение
- •Корпускулярно-волновой дуализм
- •Эффект Комптона
- •Атом Резерфорда-Бора. Формула Резерфорда
- •Дифференциальное сечение
- •Спектральные закономерности
- •Постулаты Бора
- •Опыт Франка и Герца (1913)
- •Модель атома Бора
- •Спектральные серии водородоподобных систем
- •Магнитный момент атома водорода
- •О теории Бора
- •Волновые свойства частиц
- •Опыты Дэвисона и Джермера (1927)
- •Опыты Томсона и Тартаковского
- •Другие опыты
- •Парадоксальное поведение микрочастиц
- •Критерий классического описания
- •Принцип неопределенности
- •Опыт со щелью
- •Размер атома водорода
- •Состояние частицы
- •Принцип суперпозиции
- •Уравнение Шредингера
- •Стационарные состояния
- •Квантование
- •Частица в прямоугольной яме
- •Квантовый гармонический осциллятор
- •Колебания в молекуле
- •П отенциальные барьеры
- •Туннельный эффект
- •Средние значения физических величин
- •Операторы
- •Основные постулаты квантовой теории
- •Квантование момента импульса
- •П роекция момента импульса
- •Ротатор
- •Квантование атомов
- •Плотности распределения вероятности
- •Правило отбора
- •Тонкая структура спектральных линий
- •Спин электрона
- •Полный момент импульса электрона
- •Механический момент многоэлектронного атома
- •Правила отбора
- •Принцип Паули
- •О периодической системе Менделеева
- •Характеристические рентгеновские спектры
- •Магнитные свойства атома
- •Опыт Штерна и Герлаха
- •Спиновой магнитный момент
- •Полный магнитный момент атома
- •Эффект Зеемана(1896)
- •П ростой эффект Зеемана
- •Сложный эффект Зеемана
- •Эффект Пашена-Бака
- •Электронный парамагнитный резонанс
- •Атомное ядро Некоторые сведения о ядре
- •Размеры ядра
- •Спин ядра(I)
- •Масса и энергия связи ядра
- •Удельная энергия связи
- •Механизм взаимодействия нуклонов
- •Модели ядра
- •Радиоактивность
- •Закон радиоактивного распада
- •Типы радиоактивности
- •Ядерные реакции
- •Выход ядерной реакции
- •Энергия реакции
- •Квантовые статистики (кс)
- •Фазовые ячейки
- •Квантовые распределения
- •Число фазовых ячеек
- •Распределение частиц
- •Свободные электроны в металле
- •Энергия Ферми
- •Зонная теория твердого тела Предпосылки возникновения зонной теории
- •Образование электронных зон
- •Характеристика энергетических зон
- •Металлы, диэлектрики и полупроводники
- •Собственная проводимость полупроводников (п/п)
- •Примесная проводимость полупроводников
- •Электропроводность металлов
- •Энергия молекулы
- •Элементарные частицы
- •Фундаментальные взаимодействия
- •Хронология
- •Систематика
- •Античастицы
- •Законы сохранения
- •Заряды элементарных частиц
- •Странность
- •Шарм (очарование) и красота (прелесть)
- •Четность
- •Изотопический спин
- •Кварковая модель адронов
- •Современная картина мира
Металлы, диэлектрики и полупроводники
С точки зрения зонной теории электропроводность зависит от: а) заполнения электронами разрешенных зон; б) ширины запрещенных зон.
Возможны четыре зонные диаграммы:
Здесь ЗЗ – запрещенная зона, ВЗ – валентная зона, СЗ – свободная зона.
а) валентная зона заполнена частично, в ней имеются вакантные уровни и электроны, получив малую порцию энергии (≈ В) при нагревании или действии электрического поля, переходят на более высокий уровень в этой же зоне, отрываются и участвуют в электрическом токе. Таким образом, валентная зона при частичном заполнении является зоной проводимости, а кристалл с частично заполненной зоной – проводником. Такая кристаллическая структура у металлов;
б) в некоторых металлах (Be , Mg и др. щелочноземельной группы) и смесях металлов валентная и свободная зоны перекрываются (как на расстоянии r2графика), что приводит к частичному заполнению полученной гибридной зоны и возвращению к случаю а).
в) диэлектрик: валентная зона заполнена полностью. Ширина ∆Е запрещенной зоны велика, энергии теплового движения недостаточно для перехода ē из валентной зоны в свободную (которая была бы зоной проводимости). При попытке искусственно перевести электроны в свободную зону при помощи электрического поля происходит пробой диэлектрика;
г) полупроводник: валентная зона заполнена полностью, свободная зона пуста, ∆Е запрещенной зоны мало (≈1эВ) , тепловое движение может перевести ē из валентной зоны в свободную, которая станет зоной проводимости.
При Т=0К: у металлов электроны частично заполняют валентную зону (она же и зона проводимости); у диэлектриков валентная зона заполнена полностью, зона свободная
( проводимости) – пуста, ширина запрещенной зоны ∆Е ≈ 6 эВ; у полупроводников валентная зона заполнена полностью, свободная (проводимости) – пуста, ширина запрещенной зоны ∆Е ≈ 0,7 э В (германий), при нагревании часть электронов может перейти в зону проводимости.
Собственная проводимость полупроводников (п/п)
Атом п/п (Si или Ge) имеет на внешней оболочке четыре валентных электрона и образует ковалентные связи с четырьмя соседними атомами. Все атомы связаны, свободных зарядов нет, кристалл является изолятором.
При нагревании, некоторые электроны становятся свободными, превращая атомы в положительные ионы. Говорят, что на месте электрона образуется дырка (“+” заряд).
Генерация– процесс образования свободных носителей заряда (электронов и дырок).
Дырку может заполнить электрон, оторвавшийся от соседнего атома т.е. говорят, что дырка движется (хаотически).
Рекомбинация– исчезновение двух свободных носителей (электрона и дырки) при их встрече.
Генерация и рекомбинация находятся в состоянии динамического равновесия.
В чистом полупроводнике число электронов равно числу дырок.
Вероятность генерации растет при нагревании.
Каждой температуре соответствует определенная равновесная концентрация электронов и дырок.
Под действием внешнего электрического поля электроны движутся против ,
дырки – по .
Собственная проводимость полупроводника – проводимость,
обусловленная как электронами, так и дырками.
Распределение электронов по уровням:
μ (уровень Ферми) находится посредине ∆Е.
В ероятность выхода электрона из валентной зоны в запре-щенную .Электропроводность σ~f(ε), т.е. σ быстро растет с увеличением Т. Установлено, что , где , т.е. по наклону кривой можно определить ширину запрещенной зоны ∆Е.