Студопедия — Обобщение некоторых выводов зонной теории для объяснения электропроводности и классификации твердых тел
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Обобщение некоторых выводов зонной теории для объяснения электропроводности и классификации твердых тел






Подведем итоги изложенному выше в виде положений, сформули­рованных акад. А. Ф. Иоффе и его школой на основании работ рус­ских и зарубежных исследователей.

1. Твердое тело представляет единую систему, в которой энергетические состояния электронов образуют зоны, отделенные друг от друга промежутками запрещенных значений энергии — запре­щенными зонами (рис. 1.4, 1.5).

Ширина энергетической зоны определяется видом материала и строением кристалла.

Валентные зоны большинства твердых тел имеют ширину в несколько электрон-вольт.

В кристалле между электронами определенного атома и электро­нами соседних атомов существует взаимодействие, наиболее сильное для электронов, принадлежащих самым внешним оболочкам атомов. Следовательно, расщепление энергетических уровней в верх­них зонах кристалла самое значительное, а ширина зон оказывается наибольшей.

Взаимодействие между электронами глубинных уров­ней (внутренних оболочек) соседних атомов много слабее, и нижние зоны оказываются более узкими. Для самых низких зон, т. е. для наиболее глубоких электронных оболочек, взаимного влияния почти нет, так как электроны на них экранированы от наружного простран­ства внешними электронными оболочками. Поэтому по ширине зоны почти сравнимы с отдельными электронными уровнями, как это видно из рис. 1.3. Ширина запрещенных зон у разных веществ раз­лична и может достигать 8 эв. Ширина запрещенной зоны меняется с температурой. Это происходит по двум причинам: 1) из-за из­менения амплитуды тепловых колебаний атомов решетки; 2) из-за изменения междуатомных расстояний, т. е. объема тела. Первая причина приводит к сужению запрещенной зоны с повышением тем­пературы; вторая —может вызывать как сужение, так и расширение запрещенной зоны при повышении температуры, что определяется ходом кривых на рис. 1.4.

2. Электрический ток возникает в твердом теле при любой тем­пературе, если валентная зона или объединенная полоса перекрытия зон не полностью заполнена электронами.

В этом случае свободно осуществляются энергетические переходы (расстояние между уров­нями около 10-22 эв), обусловленные ускорением электронов во внешнем электрическом поле (энергия, приобретенная электроном на длине свободного пробега около 10-8—10-4 эв). Электропровод­ность такого твердого тела имеет металлический характер.

3. Если между валентной полностью заполненной зоной твердого тела с идеально упорядоченной решеткой и свободной зоной воз­бужденных состояний имеется запрещенная зона конечной ширины, то при абсолютном нуле, полном затемнении и не слишком сильном внешнем электрическом поле твердое тело будет совершенным ди­электриком.

При повышении температуры или освещении такого тела электроны из валентной зоны будут переходить в зону возбуж­денных состояний и участвовать в электропроводности. В отличие от металла, у которого проводящее состояние является нормальным, не требующим перехода электронов через запрещенную зону, про­водящее состояние твердого тела с совершенно заполненной зоной является возбужденным состоянием.

С точки зрения зонной теории разделение неметаллических мате­риалов на полупроводники и диэлектрики совершенно условно, так как оно не обосновывается никакими качественными физическими особенностями, и вся разница между ними заключается в ширине запрещенной зоны. Нельзя установить также граничное значение ширины запрещенной зоны, которое отделяет класс полупровод­ников от класса диэлектриков. Можно лишь указать, что у твердых тел, причисляемых к полупроводникам, ширина запрещенной зоны не

превышает 3 эв. Приведенные выводы можно иллюстрировать с помощью рис. 1.6, на котором изображены энергетические диа­граммы для металлического проводника электрического тока, элек­тронного полупроводника и диэлектрика.   Рис.1.6. Энергетическое отличие  

Таким образом, электрические свойства всех твердых тел полу­чают теоретическую интерпретацию с единой точки зрения: энергия возбуждения носителей заряда, или энергия активации электропро­водности, равна нулю у металлов и непрерывно возрастает в ряду полупроводников, условно переходящем при увеличении этой энергии в ряд диэлектриков. Хорошо проводящие металлы и хорошо изолирующие диэлектрики представляют собой крайние члены того непрерывного ряда, в котором можно расположить все твер­дые тела по этому признаку.

 







Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 797. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Логические цифровые микросхемы Более сложные элементы цифровой схемотехники (триггеры, мультиплексоры, декодеры и т.д.) не имеют...

Субъективные признаки контрабанды огнестрельного оружия или его основных частей   Переходя к рассмотрению субъективной стороны контрабанды, остановимся на теоретическом понятии субъективной стороны состава преступления...

ЛЕЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЙ ПОМОЩИ НАСЕЛЕНИЮ В УСЛОВИЯХ ОМС 001. Основными путями развития поликлинической помощи взрослому населению в новых экономических условиях являются все...

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ МОРФЕМНОГО СОСТАВА СЛОВА В НАЧАЛЬНЫХ КЛАССАХ В практике речевого общения широко известен следующий факт: как взрослые...

Закон Гука при растяжении и сжатии   Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...

Характерные черты официально-делового стиля Наиболее характерными чертами официально-делового стиля являются: • лаконичность...

Этапы и алгоритм решения педагогической задачи Технология решения педагогической задачи, так же как и любая другая педагогическая технология должна соответствовать критериям концептуальности, системности, эффективности и воспроизводимости...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия