Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Общая физика
Посмотреть оригинал

Зонная теория твердых тел

Зонная теория объясняет электрические свойства твердых тел на основе структуры энергетических зон. На рисунке 10.9 приведены соответствующие примеры. На рисунке 10.9, а представлен уже разобранный случай металлического натрия. Все низколежащие зоны полностью заняты электронами (как и уровни в свободном атоме). Зона проводимости 3s заполнена наполовину, следовательно, электроны, уровни энергии которых находятся вблизи уровня Ферми, при приложении внешнего электрического поля могут быть возбуждены (перейти на более высокий, свободный уровень) и принять участие в создании электрического тока. Следовательно, натрий (как и все материалы с расположением зон с энергией Ферми, меньшей энергии потолка зоны проводимости) является проводником. Эта ситуация изображена на рис. 10.9, б, где показана схема зоны проводимости, образованная совместно 3s- и Зр-электронами, и уровень энергии Ферми (пунктир).

Примеры зонной структуры тел с различными электрическими свойствами

Рис. 10.9. Примеры зонной структуры тел с различными электрическими свойствами: а и б — проводники; в — диэлектрик; г — полупроводник

На рисунке 10.9, в приведено другое расположение энергетических зон, соответствующее полному заполнению валентной зоны с наличием широкой запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости. Электроны валентной зоны не могут теперь под действием приложенного (небольшого) напряжения принять участия в электропроводности (для этого надо было бы перевести электроны в зону проводимости, преодолев широкую энергетическую щель Eg » кБГ)[1],

и материал является диэлектриком. При узкой щели, шириной БТ, материал является собственным полупроводником (рис. 10.9, г).

Помимо собственных существует еще два класса полупроводников, характеризующихся наличием дополнительных локальных энергетических уровней, возникающих за счет специального введения легирующих примесей, формирующих изменения в запрещенной зоне. Если эти уровни лежат близко к потолку валентной зоны (уровень Еа на рис. 10.10, а) (это так называемые акцепторные уровни), электроны валентной зоны могут занять их и освободить часть мест в этой зоне. Возникает так называемая дырочная проводимость (за счет вакансий вблизи «потолка» валентной зоны). Такие материалы с избытком положительных носителей тока, в которых существует отраженная решеткой электронная волна, т.е. электроны, движущиеся в направлении «по полю», что вне кристалла возможно только для положительных электрических зарядов, а в полупроводнике — для так называемых «дырок», называются дырочными полупроводникамир-типа. К ним можно отнести, например, германий с примесью индия. Если занятые электронами локальные уровни находятся вблизи зоны проводимости (уровень Еа на рис. 10.10, б), то электроны легко могут быть возбуждены, перейти в нее и обеспечить проводимость. Такие уровни называются донорными, а материалы с избытком отрицательных носителей — электронов — электронными

Энергетические уровни легированных полупроводников

Рис. 10.10. Энергетические уровни легированных полупроводников: а — полупроводник р-типа; б — л-типа

полупроводниками п-типа (тот же германий, но с примесью мышьяка). В собственных полупроводниках (например, чистые германий или кремний) локальные уровни отсутствуют, а электрическая проводимость возникает из-за того, что запрещенная зона является узкой, и при высокой температуре возможно возбуждение электронов из валентной зоны прямо в зону проводимости (см. рис. 10.9, г).

  • [1] Для диэлектриков ширина запрещенной зоны Eg составляет величину >4 э — в полупроводниках Eg = 0,1—3 эВ. Ее преодоление возможно, если ускоряющая электроныразность потенциалов велика (приложена большая разность потенциалов). В этих условиях возникает электрическое явление — пробой диэлектрика.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы