Главная | Обратная связь

Диэлектрики, проводники и полупроводники с точки зрения зонной теории твердого тела

Согласно квантовой теории, электроны атома могут обладать только строго определёнными (разрешенными) значениями энергии. При темпера­туре Т = 0 К самой слабой связью с ядром атома и самой высокой энергией обладают е последней оболочки (валентные электро­ны). При возбуждении атома (при получении вален. электронами строго определенной порции энергии извне, равной разности значений м/у энергией свободного и занятого уровней) е переходит на более высокий уровень. Возбужденное состояние очень неустойчиво, время его существования около 10^-8 с. По истечений этого времени е возвращается на исходный уровень, при этом выделяется квант эл/магнит излучения, независимо от того вида энергии, под действием кот. произошло возбуждение.

Если колич-во поглощенной электроном энергии велико, то элект­рон совсем отрывается от атома, становится свободным, т.е. происхо­дит ионизация атома. Атом расщепляется на «+» ион и сво­бодный е. Обратный процесс - рекомбинация - сопровождается выделением избытка энергии в виде кванта эл/магн излуче­ния, энергия кот. такая же, как и энергия ионизации.

Распределение е по энергетич. уровням носит название диаграммы энергетич-х уровней или энергетич-й диаграммы.

При образовании кристаллов твердого тела возникает взаимодействие м/у атомами кристаллической решетки. В результате разрешенные уровни энергии электронов как бы расщепляются на ряд близко расположенных уровней, образуя энергетические зоны. Нижняя зона, кот. наз-тся валентной, полностью занята е только при температуре полного нуля.

Разрешенные более высокие уровни энергии, не занятые е при Т =0 К, образуют свободную зону. В этой зоне могут находиться е, вышедшие из вален. зоны, получившие дополнит-ую энергию. Эти е участвуют в создании электрического тока под действием приложенного к кристаллу напряжения и называются свобод-ми, а свобод. зона называется зоной проводимости.

В различных по характеру электропроводности веществах вален. зона и зона провод. либо примыкают друг к другу (например, в металлах (а)), либо отделены запрещ. зоной (напр., в п/п (б) и диэлектриках (в)).

В диэлектриках очень мало сво­бодных е, и они обладают очень большим сопротивлением. В п/п свободных е больше, а в металлах их очень много уже при обычной комнатной температуре, т.к. вален. электроны имеют очень слабую связь с ядром и при небольшой дополни­тельной энергии переходят в зону провод-ти.