Элементы квантовой статистики. Кузнецов В.Л - 7 стр.

значений энергии электронов состоит из разрешенных (возможных) и запре-
щенных зон (рис. 3.3).

  1

                 4
                     ΔЕ                                 ΔЕ
                                      ΔЕ
  2

                5

  3

                          Металл           Диэлектрик        Полупроводник

    Рис. 3.3. Энергетические зоны в кристаллах: 1,2,3 — разрешенные, 4,5 —
запрещенные, ΔЕ — ширина запрещенной зоны, бледно-голубой цвет отражает
характер заполнения зон электронами.

    Разрешенная зона, в которой при температуре Т = 0 находятся валентные
электроны атомов, называется валентной зоной. Очевидно, что в зонах выше
валентной при температуре Т = 0 электроны отсутствуют. Такие зоны называ-
ются свободными. В зависимости от степени заполнения валентной зоны и ши-
рины запрещенной зоны ΔЕ между валентной и свободной химически чистые
кристаллы можно разбить на три класса: металлы, диэлектрики и полупровод-
ники. В металлах электроны заселяют нижнюю часть валентной зоны. При
воздействии электрического поля часть электронов переходит в такие свобод-
ные квантовые состояния этой же зоны, которые предполагают движение в на-
правлении воздействия внешнего поля. Именно эти электроны и становятся те-
ми упорядоченно движущимися зарядами, которые создают электрический ток.
В диэлектриках все уровни энергии в валентной зоне при температуре Т = 0 К
заполнены, а ширина запрещенной зоны ΔЕ настолько велика, что в обычных
температурных условиях при воздействии электрического поля вероятность пе-
рехода электронов на более высокие энергетические уровни в свободной зоне
практически нулевая, и электрический ток в диэлектриках не возникает. В хи-
мически чистых полупроводниках характер заполнения зон при температуре
Т = 0 К отличается от предыдущего случая только тем, что ширина запрещен-
ной зоны ΔЕ относительно невелика и в обычных условиях энергия теплового
движения оказывается достаточной для того, чтобы вероятность перехода элек-
тронов в свободную зону стала ощутимой. Перешедшие в свободную зону
электроны, как и электроны в металлах, могут получить дополнительную энер-
гию от электрического поля и создать электрический ток. В любом случае рас-
пределение электронов по энергетическим уровням в зонах описывается функ-