40. Элементы зонной теории твердого тела. Энергетические зоны в кристаллах. Заполнение зон. Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории.

Рассмотрим объединение в кристалл. N одинаковых атомов; каждый атом имеет одно и тот же набор уровней, уровни дискретны. При сближении атомов из-за их взаимодействия место одного одинакового для всех атомов уровни образуется N близких уровней, образуется зона.

Внутренние электронные уровни возникают слабо, а внешние – сильно.

Зона, возникшая из последнего занятого уровня изолированного атома, называется валентной.

Распределение происходит не зависимо от того, заняты ли уровни или свободы. Число уровней в зоне очень велико. Расстояние между состояниями зон :

Энергия e в зоне может меняться непрерывно число разрешенных состояний в зоне ограниченно.

Случаи:

1)частично заполненная e валентная зона.

а)Щелочные Ме;

б)Щелочно-земельные Ме;

2) ;

3)диэлектрики

Зонная теория позволяет с единой точки зрения объяснить существование Ме, полупроводников и диэлектриков

41. Собственные полупроводники. Зависимость сопротивления полупроводников от температуры.

Собственные полупроводники – это чистые( без примесей)

При T=0 валентная зона целиком занята, зона проводимости пуста, поэтому при аб.0 полупроводник ведет себя как диэлектрик, проводимость отсутствует.

При T>0 часть электронов с верхним уровнем валентной зоны за счет энергии теп.движения переходит на нижние уровни зоны проводимости, перепрыгнув через запрещенную зону, при этом e становится свободным, а в валентной зоне образовалась дырка вакантное место, разорванная ковалентная связь. Дырка ведет себя как эквив.+ заряд может передвигаться в валентной зоне и поэтому эта зона является зоной дырочкой проводимости. В чистых полупроводниках 2 вида проводимости дырочная и электронная

Под действием теплового движения происходит генерация электрона и дырки, а так же …

42. Примесные полупроводники. P-n – переход.

При добавлении 0,01% примеси элек.проводимость возрастает в раз.

Примесные проводники: донорные (n-тип), акцепторные (p-тип).

n-n (полупроводники) в 4-валентном Ge, в 5-валентном Pe(примесь).

Каждый атом Pe будет окружать 4 атома Ge, возникнут 4 ковалентные связи с 4 соседними, а 5 валентный электрон фосфора оказывается лишними слабо связанным со своим атомом и уходит путешествовать; и атом примеси превращается в +ион, дырок не образуется. Таким образом, в полупроводниках n-типа основными зарядами – электрон; дырки не основное носители их мало.

Уровни энергии. n-тип.

при высоких Т, так что донорное истощается

При низких Т преоб.приместная проводимость.

При высоких Т преоб.собственная проводимость

p-тип.

Основые носители дырки, не основные- электроны и их мало, а атомы примеси становятся – элект.

Валентная зона- это зона дырочной проводимости.

p-n переход.

Приведем в соприкосновение проводники с разной проводимостью.

e из n проводника будут переходить в проводник p. В пограничном слое e и дырки встречаясь рекомбинируются, взаимно уничтожаются. Пограничный слой будет богат свободными носителями – это запирающий слой (обладает односторонней проводимостью).Со стороны n проводника- объемный положительный заряд локализованный на ионах. Со стороны проводника образовался объемный отриц.заряд так же локализованный на ионах.