Строение электронных зон. Проводники, диэлектрики и полупроводники

<7 8 91011 12 13 >

Изолированный атом имеет дискретный набор возможных уровней энергии электронов. При объединении большого числа атомов в кристалл каждый энергетический уровень расщепляется на множество подуровней, образуя энергетические зоны. Каждая энергетическая зона содержит определенное число энергетических уровней. В соответствии с принципом Паули на каждом уровне может разместиться не более двух электронов.

а б в

Рис. 1.25. Строение энергетических зон проводников (а), диэлектриков (б),

полупроводников (в)

Электроны,содержащиеся в твердом теле, заполняют по возможности наиболее низкие энергетические уровни. По характеру заполнения зон электронами все тела можно разделить на три большие группы.

К первой группе относятся тела, у которых верхняя энергетическая зона, заполнена лишь частично (рис. 1.25,а). Частично заполненная зона может образоваться вследствие наложения заполненных зон на пустые или частично заполненные. Наличие зоны, заполненной лишь частично, присуще металлам.

К другим группам относятся тела, у которых над целиком заполненными зонами располагаются пустые зоны (рис. 1.25,б), которые разделены запрещенной зоной E_g. Типичным примером таких тел являются химические элементы, расположенные в середине таблицы Менделеева — углерод в модификации алмаза, кремний, германий и серое олово. К этим же группам тел относятся многие химические соединения — окислы металлов, нитриды, карбиды, галогениды щелочных металлов и т. д.

В зависимости от ширины запрещенной зоны тела делят на группы. Ко второй группе, называемой диэлектриками, относят тела, имеющие широкую запрещенную зону. У типичных диэлектриков E_g > 3 эВ. Так, у алмаза E_g — 5,2 эВ; у нитрида бора E_g - 4,6 эВ.

К третьей группе относят тела, имеющие сравнительно узкую запрещенную зону (рис. 1.25,в). Это полупроводники. У типичных полупроводников E_g около 1 эВ. Так, у германия E_g = 0,65 эВ; у кремния E_g = 1,12 эВ; у арсенида галлия E_g = 1,43 эВ.

Электрические свойства этих групп тел, в частности удельная электропроводность ρ, различаются на много порядков.

<7 8 91011 12 13 >

Дата добавления: 2016-11-04; просмотров: 1612;