Физика. Часть 4. Атомная физика. Терлецкий И.А - 40 стр.

    Согласно зонной теории, различие в электрических свойствах металлов,
диэлектриков и полупроводников объясняется неодинаковым заполнением
электронами валентной зоны ( верхняя полностью или частично заполненная
зона) и шириной запрещенной зоны, разделяющей валентную зону и первую
свободную зону (зона проводимости) (рис.2.2).




                а)                      б)                    в)
Рис.2.2. Расположение энергетических зон в металлах ( а), полупроводниках ( б) и
диэлектриках (в)


     Если валентная зона заполнена электронами не полностью, то при
приложении внешнего электрического поля электроны могут непрерывно
увеличивать свою энергию, переходя на верхние свободные уровни зоны, т.е.
ускоряться в электрическом поле и       участвовать в электропроводности
кристалла. Все твердые тела, у которых валентная зона заполнена не
полностью, являются хорошими проводниками. Такая валентная зона является
и зоной проводимости.
     Все твердые тела, у которых валентная зона полностью заполнена при
T=0 К, являются диэлектриками. Приложение внешнего электрического поля к
такому кристаллу не может изменить состояние электронов в валентной зоне.
Свободные уровни отсутствуют, увеличение энергии невозможно. Чтобы
участвовать в электропроводности кристалла, электрон необходимо перевести в
свободную зону, сообщив ему дополнительную энергию, которая больше
ширины запрещенной зоны E з (например, за счет тепловой энергии при
увеличении температуры тела).
     В зависимости от ширины запрещенной зоны данные кристаллы
разделяются на диэлектрики и полупроводники. Твердые тела, у которых
ширина запрещенной зоны достаточно велика (≥2-3 эВ) для того, чтобы за счет
теплового движения перевести электроны из валентной зоны в зону
проводимости, являются хорошими изоляторами. Полупроводники имеют
достаточно узкую ширину запрещенной зоны ( ≤2-3 эВ), и с повышением


                                       40