Физико-химические основы РЭС. Методическое пособие - 17 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Узкий энергетический уровень валентного электрона в изолированном атоме расширяется в кри-
сталле в широкую полосу – зону разрешенных значений энергии электронов (порядка единиц электрон-
вольт). Разрешенные энергетические зоны отделены друг от друга запрещенными зонами значений
энергии электронов (рис. 7.1). Разрешенная зона тем шире, чем больше энергия электрона на соответст-
вующем уровне в изолированном атоме. Возможные значения электронов квантованы, т.е. дискретны, а
общее их число конечно. В кристалле, состоящем из N атомов, уровню энергии изолированного атома
соответствует зона, состоящая из
(2l + 1)N дискретных уровней, на каждом из которых может находиться не более двух электронов с ан-
типараллельными спинами. Для электронов внутренних оболочек атомов
вероятность туннельного перехода электрона от одного атома к другому
оказывается очень малой. Это связано с уменьшением прозрачности по-
тенциального барьера, в результате чего частота просачивания электрона
сквозь потенциальный барьер оказывается ничтожно малой.
В зонной теории различные типы твердых тел по электрическим
свойствам отличаются характером расположения разрешенных и за-
прещенных зон энергий, а также различным заполнением зон элек-
тронами.
Заметим, что ширина разрешенных зон энергий возрастает с ростом
энергии электрона в изолированном атоме, а ширина запрещенных зон при
этом уменьшается. Для достаточно высоких уровней энергии электронов
изолированных атомов образовавшиеся из них энергетические зоны иногда
перекрывают друг друга.
В зонной теории твердого тела различия в электрических свойствах разных типов твердых тел объ-
ясняется шириной запрещенной зоны и различным заполнением разрешенных энергетических зон. За-
прещенные зоны могут как разделять разрешенные, так и отсутствовать вообще.
Если разрешенные зоны перекрываются, то образуется гибридная зона. Подобно тому как в отдель-
ном атоме электроны могут переходить с одного энергетического уровня на другой, так электроны в
кристаллах могут переходить из одной разрешенной зоны в другую, а также совершать переходы внут-
ри одной и той же зоны. Для перехода электрона из нижней разрешенной энергетической зоны в верх-
нюю необходима энергия, равная ширине запрещенной зоны E
g
, лежащей между ними (рис. 7.2):
E
g
= E
C
– E
ν
,
где E
C
– дно зоны проводимости; E
ν
– потолок валентной зоны.
Можно показать, что под действием даже очень сильного внешнего электрического поля элек-
троны совершают только внутризонные перемещения. Повышение температуры приводит к пере-
даче электрону энергии достаточной для перехода в расположенную выше разрешенную зону.
По характеру заполнения энергетических зон твердые тела делятся на две группы:
1 Металлы – твердые тела, с частично заполненной валентной зоной, являющейся одновременно
зоной проводимости. Металлы – проводники. Проводниками также являются вещества с гибридной зо-
ной.
2 Полупроводники и диэлектрики – материалы с целиком заполненной валентной зоной. Выше
располагаются полностью свободные от электронов зоны (рис. 7.2). Запрещенная зона отделяет зону
проводимости от валентной зоны, т.е. они не перекрываются, а следовательно, образование гибридной
зоны у этого класса веществ невозможно. При Т = 0 полупроводники и диэлектрики отличаются друг от
друга только шириной запрещенной зоны.
Такая энергетическая схема относится только к собственным полупроводникам, получаемым в ре-
зультате высокой степени очистки.
Рис. 7.1 Образова-
ние энергетических
зон в кристалле
Е
k
∆Е{
∆Е{

Страницы