Практикум по электричеству и магнетизму - 43 стр.

                                                 43


                                             Р А БО ТА № 8
           И С С Л Е ДО ВА Н И Е ВО Л ЬТ А М П Е Р Н Ы Х ХА Р А К Т Е Р И С Т И К
                          П О Л У П Р О ВО ДН И К О ВЫ Х ДИ О ДО В
         П риборы         и       п рин а д леж н ост и:         н а бор д иод ов,     воль т м ет р,
м иллиа м п ерм ет р, шу н т , вып ря м ит ель с ф иль тром , реост а т, п ереклю ча т ель
п оля рн ост и н а п ря ж ен ия (ком м у т а т ор).
                                          Кратк аятеория
         П ровод н ики им ею т у д ель н ое соп рот ивлен ие п оря д ка 10-7 Ом ·м (и
м ен ь ше), д иэлект рики – п оря д ка 108                        Ом ·м (и боль ше). У д ель н ое
соп рот ивлен ие боль шин ства вещ ест в леж ит м еж д у у ка за н н ым и п ред ела м и.
Эт а        вещ ест ва      н а зыва ю т ся       п олу п ровод н ика м и.     Т ип ичн ым и     их
п ред ст а вит еля м и я вля ю т ся крем н ий, герм а н ий, селен , т еллу р и н екоторые
д ру гие.
         К а к и у м ет а ллов, п ровод им ость т верд ых п олу п ровод н иков
обу словлен а п ерем ещ ен ием               электрон ов. Од н а ко у словия п ерем ещ ен ия
электрон ов в м ет а лла х и п олу п ровод н ика х су щ ествен н о ра злича ю т ся .
         Ра ссм отрим            п ричин ы            элект роф изических            особен н ост ей
п олу п ровод н иков, п рибега я к н екоторым у п рощ ен н ым п ред ст а влен ия м
зон н ой т еории тверд ого т ела .
                                                    К а к извест н о, элект рон ы свобод н ого
                                           а т ом а , н а х од я щ егося в свобод н ом сост оя н ии,
              2
                                     5 им ею т оп ред елен н ые д искрет н ые зн а чен ия
                                           эн ергии (у ровн и I и 2, рис.1а ). Ч ем д а ль ше
   Е (эн ергия )




                                     4 у д а лен а от я д ра оболочка , в кот орой
               1             • •           н а х од ит ся д виж у щ ийся вокру г я д ра электрон ,
            • •           •• • • 3 т ем выше у ровен ь эн ергии п ослед н его.
                         • •
               а)          б)                       В изолирова н н ом а т ом е од ин а ковые
                                           зн а чен ия эн ергии м огу т им еть т оль ко д ва
                     Рис.1                 элект рон а или, ка к п рин я т о говорит ь , н а
                                           ка ж д ом из эн ергет ических у ровн ей м ож ет
н а х од ить ся н е более д ву х электрон ов (у ровен ь 1, рис1.а ).
         Элект рон п ерех од ит с н иж н его эн ергет ического у ровн я н а более
высокий, если ем у сообщ а ет ся эн ергия , ра вн а я ра зн ост и эн ергий м еж д у
эт им и у ровн я м и (у ровен ь 2, рис.1а ).
          П ри обра зова н ии крист а лла из N од ин а ковых а том ов, ра сп олож ен н ых
д ру г от д ру га н а близких ра сст оя н ия х , бла год а ря вза им н ом у влия н ию п олей
сосед н их а том ов ка ж д ый эн ергет ический у ровен ь а том а “ ра сщ еп ля ет ся ” н а
N ра зличн ых у ровн ей, близких п о величин е эн ергии. Н а ка ж д ом из у ровн ей
крист а лла т а кж е м ож ет н а х од ит ь ся п о д ва элект рон а . Т а ким обра зом , в
т верд ом т еле из од ин а ковых у ровн ей эн ергии от д ель н ых а т ом ов обра зу ет ся
эн ергет ическа я зон а , им ею щ а я N ра зличн ых близко ра сп олож ен н ых д ру г от
д ру га у ровн ей (зон а 3, рис.1б). Т а к ка к сист ем а (тверд ое т ело) в у ст ойчивом
сост оя н ии д олж н а обла д а т ь м ин им у м ом п от ен циа ль н ой эн ергии, т о вся эт а
зон а (и