Загальна характеристика твердих тіл

Додаток 3

Контрольні запитання.

1. Джерела та склад радіоактивного фону.

2. Фізичний зміст статистичних похибок фізичного процесу на прикладі

вимірювання радіоактивного фону.

3. Розподіл Пуассона та його властивості.

4. Розподіл Гауса та його властивості.

5. Хід виконання роботи.

6. Аналіз одержаних результатів.

Тверді тіла, що мають кристалічну структуру, поділяються на метали (провідники), діелектрики та напівпровідники. У діелектриків та напівпровідників при температурі Т=0 К, на відміну від металів, відсутні вільні електрони, які є носіями струму. Для відриву валентного (зовнішнього) електрона від атома у діелектриків більше 5 еВ, а у напівпровідників менше 5 еВ. Тому при збільшенні температури у напівпровідниках за рахунок теплових збурень валентні електрони можуть відриватися від атомів і стати вільними а у діелектриків навіть при температурах більших від кімнатних вільні носії струму відсутні.

Метал та напівпровідник являють собою просторову кристалічну решітку певної симетрії. У процесі утворення цих кристалів відбувається перекриття зовнішніх (валентних) та внутрішніх електронних орбіталей атомів - квантових траєкторій руху електронів в атомі навколо ядра. Це перекриття визначає силу взаємодії між атомами кристала та його фізичні властивості. У вузлах кристалічної решітки металу знаходяться іони, а у напівпровіднику атоми. Вузли кристала здійснюють тепловий коливальний рух.

У металів перекриття зовнішніх (валентних) орбіталей настільки значне, що валентні електрони сколективізуються у газ "вільних" електронів - електронів провідності. Їх концентрація не залежить від температури метала, в той час, як напівпровідники та діелектрики при Т=0 К не мають вільних, відірваних від атомів електронів. Однак, енергія зв'язку валентного електрона напівпровідника з ядром така, що теплові збурення енергії kТ при Т>0 K, призводять до виходу його з атома, і він стає іоном із недостаючим зв'язком у решітці. Вільні електрони напівпровідника, як і у випадку металів, є електронами провідності, але їх число на декілька порядків менше ніж у металів.

В металах і напівпровідниках енергії зв'язку внутрішніх електронів із ядром атома достатньо великі в порівнянні з енергією теплових збурень, а тому вони не можуть стати електронами провідності, тобто не можуть відірватися від атомів. Для порівняння наведемо значення концентрації електронів провідності у металів: у Lі-4.6×10²⁸м^-3, у Сu-8.5×10²⁸м^-3, у Ag-5.9×10²⁸м^-3, у Au-5.9×10²⁸м^-3. Концентрація носіїв струму у напівпровідниках при кімнатній температурі, наприклад, у Gе з домішками миш'яку становить від .

Кристалічне поле. В металах та напівпрвідниках, вузли кристалічної решітки (іони) створюють періодичне електричне поле, яке називається кристалічним полем. Воно суттєво впливає на усі процеси провідності металів та напівпровідників. Під дією зовнішнього електричного поля електрони провідності створюють електричний струм. Цей рух був би вільним у класичному розумінні, якщо б не було кристалічного поля. Але останнє зумовлює цілий ряд властивостей "вільних" електронів та "дірок": велика довжина середнього пробігу, ефективна маса та інше, що відсутнє у класичній теорії.

Дата добавления: 2015-05-24