Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики (Электричество и магнетизм. Ч.2). Миловидова С.Д - 34 стр.

                                                       34


                                                  Р А Б О ТА № 8
                   И С С Л Е Д О В А НИ Е ВО Л Ь Т А М П Е Р НЫ Х Х А Р А К Т Е Р И С Т И К
                                  П О Л У П Р О В О Д НИ К О ВЫ Х Д И О Д О В
                Приборы и прин ад ле жн ост и: н абор д иод ов, вольт ме т р, миллиампе рме т р,
        шун т , вы прямит е ль с ф ильт ром, ре ост ат , пе ре клю ч ат е ль полярн ост и
        н апряже н ия(коммут ат ор).
                                                К раткая те ория
                Провод н ики име ю т уд е льн ое сопрот ивлен ие поряд ка 10-7 Ом·                  м (и
                                                             8
        ме н ьше ), д иэле кт рики – поряд ка 10                   Ом·  м (и больше ). Уд е льн ое
        С опрот ивле н ие большин ст ва ве ще ст вле жит ме жд у указан н ы ми пре д е лами. Э т а
        ве ще ст ва н азы ваю т ся полупровод н иками. Типич н ы ми их пре д ст авит е лями
        являю т сякре мн ий , ге рман ий , се ле н , т е ллур и н е кот оры е д ругие .
                Как и у ме т аллов провод имост ь т ве рд ы х полупровод н иков обусловле н а
        пе ре ме ще н ие м      эле кт рон ов. Од н ако условия пе ре ме ще н ия эле кт рон ов в
        ме т аллах и полупровод н иках суще ст ве н н о различ н ы . Р ассмот рим прич ин ы
        эле кт роф изич е ских особе н н ост е й полупровод н иков, прибе гая к н е кот оры м
        упроще н н ы м пре д ст авлен иям зон н ой т е ории т ве рд огот е ла.
                                                 Как изве ст н о, эле кт рон ы свобод н ого ат ома,
                                          н аход яще гося в свобод н ом сост оян ии, име ю т
               2
                                    5 опре д е ле н н ы е д искре т н ы е зн ач е н ия эн е ргии (уровн и
                                          I и 2, рис.1а). Ч е м д альше уд але н а от яд ра оболоч ка,
Е (эн е ргия)




                                    4 в кот орой н аход ит ся д вижущий ся вокруг яд ра
                1            • •
             • •           •• • • 3 эле кт рон , т е м вы ше урове н ь эн е ргии послед н е го. В
                          • •             изолирован н ом ат оме од ин аковы е зн ач е н ия эн е ргии
                а)          б)            мо гут име т ь т олько д ва эле кт рон а или, как прин ят о
                                          говорит ь, н а кажд ом из эн е рге т ич е ских уровн е й
                      Р ис.1
                                          може т н аход ит ься н е боле е д вух эле кт рон ов
        (урове н ь1, рис1.а). Э ле кт рон пе ре ход ит с н ижн е го эн е рге т ич е ского уровн я н а
        боле е вы сокий , е сли е му сообщае т ся эн е ргия, равн ая разн ост и эн е ргий ме жд у
        эт ими уровн ями (урове н ь 2, рис.1а).
          При образован ии крист алла из N од ин аковы х ат омов, расположе н н ы х д руг от
        д руга н а близких расст оян иях, благод аря взаимн ому влиян ию поле й сосе д н их
        ат омов кажд ы й эн е рге т ич е ский урове н ь ат ома “расще пляе т ся” н а N различ н ы х
        уровн е й , близких пове лич ин е эн е ргии. Н а кажд ом из уровн е й крист алла т акже
        може т н аход ит ься по д ва эле кт рон а. Таким образом, в т ве рд ом т е ле из
        од ин аковы х уровн е й эн е ргии от д е льн ы х ат омов образуе т ся эн е рге т ич е ская
        зон а, име ю щая N различ н ы х близко расположен н ы х д руг от д руга уровн е й
        (зон а 3, рис.1б). Так как сист е ма (т ве рд ое т е ло) вуст ой ч ивом сост оян ии д олжн а
        облад ат ь мин имумом пот е н циальн ой эн е ргии, т о вся эт а зон а (и все уровн и
        эн е ргий вн ут ри е е ) оказы ваю т ся заполн е н н ы ми эле кт рон ами. Э т а зон а н осит
        н азван ие заполн е н н ой зон ы . Для т ве рд ого т е ла, кроме заполн е н н ой зон ы ,
        вы д е ляю т зон у уровн е й возбужд е н ия или свобод н ую зон у (зон а 5, рис.1 б),
        разд е ле н н ую эн е ргет ич е ским барье ром д ля запре ще н н ой зон ы (зон а 4, рис.1б).
        В пре д е лах эт ого барье ра н аход ят ся уровн и эн е ргии, н а кот оры х н е могут
        н аход ит ьсяэле кт рон ы .