Элементы данной теории твердых тел

Е₃

Е₂

Е₁

r

u

Нарисуем энергетический спектр электронов в кристалле.

Если имеется отдельный атом, то электрон локализован внутри отдельной гиперболической ямы. Na

В кристаллическом теле при сближении атому и образовании из них кристалической решетки глубина уменьшается, а значит уменьшается высота и ширина потенциальног барьера.

Na

барьер

барьер

Взаимодействие атомов между собой приводит к перестройке энергетического спектра и валентный энергетический уровень Е₃может оказаться выше потенциального барьера. Следовательно валентные электроны могут свободно перемещаться в кристалле образуя электронный газ.

Данная теория дает понять почему в одних телах есть свободные электроны, а в других нет.

При сближении двух атомов и образования кристалической решетки энергетические уровни смещаются и расщепляются. Взаимодействие атомов приводит к образованию энергетических зон (диапозон энергий состоящих из большого числа близко расположеных энергетических уровней).

Картина энергетических зон.\

Запрещенные

Разрешенные

С увеличением энергий ширина разрешенной зоны возростает, а запрещенной уменьшается. На каждом энергетическом уровне согласно принципу Паули находится не более двух электронов

Наибольший интерес представляют зоны:

1. Последняя зона где еще имеются электроны;

2. Первая зона свободная от электронов;

Зона проводимости

Валентная зона

Запрещенная зона

В.З.-целеком или частично заселена электронами.

Наличие проводников, диэлектриков согласно данной теории объясняется:

1. Неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон;

2. Шириной запрещенной зоны;

I. Проводники:Na,L,K,..

Na

Энергия теплового движения достаточна для того чтобы электроны стали перемещаться с одного уровня на другой.

II. Щелочно-земельные:Be,Mg,Zn…-происходит перекрытие валентной зоны и зоны проводимости. В.З. полностью перекрыта электронами, а перекрывающая зона –гибридная.

III.

Е_g>2эВ

Диэлектрики: Na, Cl

При 0⁰K в такой кристалл ток не проводят,при повышении температуры энергии теплового движения будет так же недостаточно чтобы переместить электроны из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому так же вещества не прикаких условиях ток проводить не будут.

IV.

Е_g=0,5-0,7эВ<1эВ

Полупроводники

При 0⁰K ток проводится не будет, при температуре повышенной энергия теплового движения возрастает и возможен переброс электронов из валентоной зоны в зону проводимости.

При переходе электрона в зону проводимости на его месте появляется дырка при этом коллическво дырок равно колличеству электронов поэтому электроны могут свободно перемещаться внутри проводника, а дырки только внутри валентоной зоны также как положительно заряженные частицы.

Дата добавления: 2014-01-04