1 .Проводники, изоляторы, полупроводники. Их зонные энергетические диаграммы

С каждой движущейся массой вещества связан волновой процесс, а длина волны определяется соотношением ; где n – постоянная Планка, m – масса тела, v – скорость движения.Это соотношения называется «постулат Луи де Бройля»Волновой процесс, связанный с микроскопическим телом, обнаружить нельзя, т.к., например, длина волны д’Бройля для пули массой 10 грамм, летящей со скоростью v=1000 м/с , Электрон может двигаться только по такой орбите, вдоль которой укладывается целое число его волн. Остальные орбиты для электрона запрещены. В изолированном атоме с одним электроном скорость движения электрона по разрешенной орбите устанавливается такой, при которой центробежная сила уравновешивает силу притяжения «-» электрона к «+» ядру.Каждой разрешенной орбите соответствует своя скорость и кинетическая энергия электрона. Двигаясь по разрешенной орбите электрон не расходует энергию. Электрон может переходить с одной разрешенной орбиты на другую. Полная энергия электронов называется энергетическим состоянием атомов. Каждой разрешенной орбите соответствует свое энергетическое состояние, которое на диаграмме представляется в виде энергетического уровня. Электрон-вольт – энергия, которую приобретает электрон, разгоняясь в электрическом поле с разностью потенциалов 1В.С увеличением номера орбиты абсолютное значение энергии уменьшается, то есть энергетический уровень возрастает (так как энергия связи в атоме отрицательна)

Величина n - главное квантовое число и используют для описания дискретных свойств микромира.Разрешенный энергетический уровень, характеризуемый главным квантовым числом n расщепляется на ряд близкорасположенных подуровней. Взаимодействие атомов в решетке приводит к тому, что их энергетические уровни расщепляются на большое количество почти слившихся подуровней, образующих энергетические зоны.Энергетические зоны могут быть разрешенными и запрещенными.

РИСУНОК 2 – расщепление энергетических уровней атомов, связанных в кристаллической решетке.

Всегда существует некоторая не равная нулю вероятность того, что энергия электрона совпадает с подуровнем одной из разрешенных энергетических зон. Вероятность пребывания электрона в запрещенной зоне равна нулю.принцип Пауля: На любом энергетическом уровне одновременно может находиться не более двух электронов, отличающихся моментами импульса или спинами.В силу принципа минимизации энергии системы электроны стремятся занять низшие энергетические уровни, излучив кванты избыточной энергии. В результате электроны не скапливаются на отдельных энерг уровнях, а равномерно заполняют разрешенные энергетические зоны, начиная с нижних. Верхнюю из заполненных энергетических зон принято называть валентной, так как ее электроны способны взаимодействовать с соседними атомами, обеспечивая молекулярные связи. Разрешенные энергетические зоны, располагающиеся ниже валентной, всегда полностью заполнены электронами. Валентная зона может быть заполнена полностью или частично. Все кристаллы с неполностью заполненной валентной зоной являются проводниками электрического тока. Кристаллы, у которых валентная зона заполнена электронами полностью, а в следующей по порядку более высокой энергетической зоне электронов нет, - неэлектропроводник и представляет собой идеальный изолятор.Проводящие свойства кристалла зависят от ширины запрещенной зоны, разделяющей валентную зону и зону проводимости

а) проводник; б) полупроводник; в) изолятор .1 – зона проводимости; 2 – валентная зона; 3 – запрещенная зона

Сопротивление полупроводников уменьшается с ростом температуры.Если удельное сопротивление

- проводники; - изоляторы

- полупроводники