Зонная теория кристаллов

Зонная теория проводимости

Собственные примесные

Полупроводники

Электрический ток в полупроводниках

Полупроводники

ρ = 10^-5 - 10^-8 Ом*м

ρ

∆Е 1эВ

B, C, Si, P, S, Ge, As, Se, Sb, Sn, Te, I

+ оксиды, сульфиды, селенидыю, теллуриды

(естественные) (искусственные)

Ge, Si

Обладают электронной

проводимостью в зоне

проводимости и дырочной

проводимостью в валентной

зоне.

Классическая(электронная) теория проводимости очень просто получила закон Ома, закон Джоуля-Ленца, но бессильна в объяснении сверхпроводимости, поэтому возникло несоответствие эксперементальных данных с теорией и была разработа более широкая – зонная теория проводимости.

Е₁

Е(эВ)

Состояние ионизации

Энергетическая схема одиночного атома лития

		Ядро		Ядро

1) Кристалл.

В кристалле из N атомов за счет их взаимодействия квантовое состояние изолированного атома расщепляется на N квантовых состояний с разными, но близкими энергиями =>зона

Е(эВ)

В сответствии с постулатами Бора, электрон в атоме может иметь только дискретные значения энергии.

При переходе с одного на другой энергетический уровень атом излучает фотоны определённой частоты. Каждый атом имеет свои частоты излученных и поглощённых фотонов, по которым из идентифицируют.

Проводники имеют кристаллическую решётку. При объединении изолированных атомов в кристаллическую структуру, происходят следующие события:

При сближении N штук атомов в одну кристаллическую структуру. За счёт их взаимодействия каждое квантовое энергетическое расстояние атома расщепляется на N новых состояний с разными, но близкими энергетическими уровнями, образуется энергетическая зона.

Для кристалла Li будет две зоны.

В общем виде совокупность атомов может иметь несколько полностью заполненных электрических зон по числу электронных оболочек у атома.

Самая верхняя из полностью заполненных зон называется валентной. Выше валентной зоны находится зона проводимости. Разделены эти зоны запрещёнными зонами. Ширина запрещённой зоны различна и достигает 1 эВ.

Проводимость электрического тока – это переход электрона из валентной зоны в зону проводимости или с одного энергетического подуровня на другой более высокий в самой зоне проводимости.

Если зона проводимости пуста, то это диэлектрик и чтобы он стал проводником нужно из валентной зоны электроны «перетащить» в зону проводимости. Тогда это вещество начнёт проводить электрический ток. У металлов зона проводимости заполнена частично, поэтому достаточно небольшой энергии , чтобы перевести электрон с одного энергетического подуровня на другой. Это тысячные, сотые доли эВ.

Валентная зона – самая высоколежащая, полностью заполненных электронами зон.

Зона проводимости – частично заполненная, расположена над валентной.

Запрещенная зона – отсутствуют разряженные частицы, квантовые состояние электронов запрещены.

Уровень Ферми Е_F – максимальная энергия, которой может обладать электрон при абсолютном нуле.

Между диэлектриками и проводниками находятся полупроводники, которые имеют на внешнем электронном уровне имеют 3,4,5 электронов.

Полупроводники имеют запрещённую зону между валентной и зоной проводимости. И передать электрону легче эту запрещённую зону.

Дата добавления: 2015-07-13