Физика проводников и диэлектриков. Плотников В.П. - 40 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

их ширине. В модели сильной связи – узкие разрешенные зоны и широкие запрещенные. Во второй мо-
дели – наоборот.
В реальных кристаллах можно обнаружить как данные предельные случаи, так и промежуточные.
5.2 Заполнение зон электронами.
Металлы, диэлектрики и полупроводники
Одним из важнейших достижений зонной теории явилось объяснение различий электрических
свойств твердых тел.
Более ранние теории пытались объяснить наличие и отсутствие электропроводности высокой или
низкой подвижностью электронов. Однако в реальных диэлектриках могут существовать электроны с
достаточно высокой подвижностью, что подтверждается, например, наблюдаемым экспериментально
явлением фотопроводимости, когда под действием света многие диэлектрики приобретают значитель-
ную электропроводность.
Зонная теория объясняет наличие твердых тел, проводящих электрический ток (проводники) и его
не проводящих (диэлектрики), различием в ширине запрещенных зон и характером заполнения элек-
тронами разрешенных энергетических зон.
На рис. 5.3 представлены схемы энергетических зон
металлов (проводников), диэлектриков (изоляторов) и по-
лупроводников.
Валентной называют зону, возникшую из уровня, на
котором находятся валентные электроны в основном со-
стоянии изолированного атома.
Рассмотрим все три схемы, приведенные на рис. 5.3.
В случае а) электроны заполняют валентную зону не
полностью, что характерно для металлов. Электронам не-
обходимо сообщить небольшую энергию (порядка 10
–
23
…10
–22
эВ), чтобы перевести их на более высокие сво-
бодные уровни в той же самой валентной зоне.
Для этого достаточно энергии теплового движения
при температуре немного выше абсолютного нуля, или энергии даже слабого электрического поля. В
результате в кристалле появляется направленное движение электронов, т.е. металлы теоретически
должны быть хорошими проводниками, что и наблюдается на самом деле.
У металлов валентная зона одновременно является и зоной проводимости.
В случаях б) и в) уровни валентной зоны полностью заняты электронами, а сама зона отделена от
выше расположенной свободной энергетической зоны запрещенным интервалом энергий (запрещенная
зона) величиной
E
∆ (ширина запрещенной зоны).
По величине ширины запрещенной зоны такие кристаллы делят на диэлектрики с относительно
большим значением
E
∆ > 3 эВ и полупроводники, у которых сравнительно узкая запрещенная зона с
E
∆ < 1 эВ.
У диэлектриков внешнее электрическое поле не может сообщить электронам энергию, достаточную
для перехода в свободную зону. Скорее происходит пробой или плавление кристалла.
Ширина запрещенной зоны в полупроводниках позволяет электрическому полю перебросить элек-
троны в свободную зону, которая является в этом случае и зоной проводимости. Электроны ведут себя в
ней подобно электронам проводимости в валентной зоне металлов.
В связи с широким применением полупроводниковых материалов в науке и технике рассмотрим их
электрические свойства несколько подробнее.
5.3 Собственная и примесная проводимость
полупроводников
° °
° °
° °
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
° °
°
°
° °
СВОБО
ная
зона
СВОБО
ная
зона
СВОБОДНАЯ ЗОНА (ЗОНА
проводим
сти)
E
∆
°
°
° °
°
°
° °
° °
° °
° °
° °
° °
ВАЛЕНТНАЯ ЗОНА
(
зона проводимости)
ЗАПОЛНЕННАЯ
валентная зона
ЗАПОЛНЕННАЯ
валентная зона
металл
а)
диэлектрик
б)
полупроводник
в)
. 5.3
ЗАПРЕЩЕННЫЕ ЗОНЫ

Страницы