Элементы зонной теории проводимости. Возникновение энергетических зон

Рассмотрим процесс образования твердого тела из отдельных атомов. Пока они

	изолированы, они имеют одинаковую схему энергетических уровней (см. рис.1а). По мере сжатия атомов до кристаллической решетки, то есть когда расстояния между атомами станут равными межатомным расстояниям в твердых телах, взаимодействия между атомами приводит к тому, что энергетические уровни смещаются, расщепляются и расширяются в зоны (см. рис.1б). Образуется зонный энергетический
Рис.1.

спектр. Из рис.1 видно, что заметно расщепляются и расширяются лишь уровни внешних, валентных электронов, наиболее слабо связанных с ядрами и имеющих наибольшую энергию, а также более высокие уровни, которые в основном состоянии атома вообще незаняты. Уровни же внутренних электронов либо совсем не расщепляются, либо расщепляются слабо.

Энергия внешних электронов может принимать значения в пределах заштрихованных участков на рис.1., называемых разрешенными энергетическими зонами. Каждая разрешенная энергетическая зона вмещает столько близлежащих дискретных уровней, сколько атомов содержит кристалл: чем больше в кристаллах атомов, тем теснее расположены уровни в зоне.

Расстояния между соседними энергетическими уровнями в зоне составляет приблизительно 10^-22 эВ. Так как оно столь ничтожно, то зоны можно считать практически непрерывными. Однако факт конечного числа уровней в зоне играет важную роль для распределения электронов по состояниям.

Разрешенные энергетические зоны разделены зонами запрещенных значений энергии, называемыми запрещенными энергетическими зонами. В запрещенных зонах электроны находиться не могут. Ширина зон (разрешенных и запрещенных) не зависит от размера кристалла. Разрешенные зоны тем шире, чем слабее связь валентных электронов с ядрами.

Дата добавления: 2014-01-04