Электричество и магнетизм. Ч.1. Ланкина М.П - 3 стр.

      Таким образом, в полупроводниках возможны два различных про-      ные моменты (спины) электронов, занимающих одновременно один и
цесса электропроводности: электронный, осуществляемый движением         тот же уровень, должны иметь противоположные направления (рис. 3).
электронов проводимости, и дырочный, обусловленный движением
«дырок».
      Процесс проводимости в чистых полупроводниках, обусловлен-
ный упорядоченным движением электронов проводимости и дырок в
электрическом поле, получил название собственной проводимости.
      При встрече свободного электрона проводимости с дыркой про-
исходит рекомбинация электрона и дырки. При этом процессе электрон
нейтрализует избыточный положительный заряд в окрестности дырки и
теряет свободу передвижения. В полупроводнике идут одновременно
два процесса: рождение попарно свободных электронов и дырок и ре-
                                                                                                       Рис. 3
комбинация, приводящая к попарному исчезновению электронов и ды-
рок. Вероятность первого процесса быстро растет с температурой. Ве-           По мере сближения атомов между ними возникает все усиливаю-
роятность рекомбинации пропорциональна как числу свободных элект-       щееся взаимодействие, которое приводит к изменению положений уров-
ронов, так и числу дырок. В состоянии динамического равновесия при      ней. Вместо одного, одинакового для всех атомов уровня возникают N
каждой температуре устанавливается такая равновесная концентрация       очень близких, но не совпадающих уровней. Таким образом, каждый
электронов (и равная ей концентрация дырок), при которой число рож-     уровень изолированного атома расщепляется в кристалле на N близко
дающихся и рекомбинирующих электронно-дырочных пар в единицу            расположенных уровней, образующих полосу или зону.
времени одинаково. При этом равновесная концентрация электронов и             Величина расщепления для различных уровней не одинакова.
дырок быстро растет с температурой.                                     Возникающее в кристалле расщепление уровней, занятых более близких
                                                                        к ядру (внутренними) электронами, очень мало. Заметно расщепляются
         2. Элементы квантовой теории полупроводников                   лишь уровни, занимаемыми валентными и внешними электронами. Та-
      Согласно квантовой теории, энергия электронов в любом кристал-    кому же расщеплению подвергаются и более высокие уровни, не заня-
лическом теле так же, как и энергия электронов в атоме, может прини-    тые электронами в невозбужденном состоянии атома.
мать лишь дискретные, т. е. разделенные конечными промежутками, ко-           Величина расщепления всех уровней растет по мере сближения
торые называются уровнями энергии. Уровни энергии в кристалле груп-     атомов (рис. 4, где значения r1 и r2 соответствуют расстояниям между
пируются в зоны.                                                        атомами в двух различных кристаллах).
      Чтобы понять происхождение зон, рассмотрим процесс объеди-
нения атомов в кристалл. Пусть первоначально имеется N изолирован-
ных атомов какого-либо вещества. В изолированных друг от друга ато-
мах схемы энергетических уровней полностью совпадают. Заполнение
уровней электронами (т. е. распределение электронов по разрешенным
значениям энергии) осуществляется в каждом атоме независимо от за-
полнения аналогичных уровней в других атомах. При этом электроны
подчиняются принципу Паули, согласно которому в любой квантовой
системе (атоме, молекуле, кристалле и т. д.) на каждом энергетическом
уровне может находиться не более двух электронов, причем собствен-
                                                                                                       Рис. 4

                                 5                                                                       6