Валентная зона и зона проводимости.
Последняя свободная зона разрешенных энергий для электронов в твердом теле, расположенная над полностью заполненной зоной, называется зоной проводимости. Зона разрешенных энергий Wg2, расположенная под зоной проводимости, называется валентной зоной. Эта зона при абсолютном нуле температуры полностью заполнена валентными электронами. В химии валентными электронами называют электроны, находящиеся на внешней, или валентной, оболочкеатома. Валентные электроны определяют поведение химического элемента в химических реакциях.Энергия электрона, соответствующая верхней границе валентной зоны, обозначается Wv. Электроны валентной зоны дают вклад в энергию связи твердого тела, его диэлектрическую проницаемость, определяют поглощение света. Под влиянием теплового движения (Т>0), а также внешних воздействий в верхней части валентной зоны образуются дырки, участвующие в электропроводности.
Заполнение зон в металлах, диэлектpиках и полупpоводниках.
Металлы первого рода имеют частично заполненную электронами зону проводимости При температуре абсолютного нуля (Т=0) металлы (рис. 2, а) проводят электрический ток, поскольку в зоне проводимости имеются свободные энергетические уровни, на которые могут переходить электроны при приложении внешнего электрического поля. В металлах второго рода наблюдается перекрытие зоны проводимости и валентной зоны. Если зона проводимости полностью свободна от электронов, то вещество является полупроводником или диэлектриком.В полупроводниковых материалах при Т=0 все электроны находятся на энергетических уровнях валентной зоны. Энергии внешнего электрического поля Е, приложенного к полупроводнику, недостаточно для "переброса" носителей заряда в зону проводимости на разрешенные энергетические уровни этой зоны (рис. 2, б). При Т=0 полупроводник является изолятором. При Т>0 электроны, находящиеся на уровнях валентной зоны, приобретают дополнительную тепловую энергию. Появляется вероятность перехода некоторых из них в зону проводимости. Проводимость полупроводника растет с температурой по закону=oexp(-Wg/2kTгде - постоянный коэффициент, имеющий размерность проводимости; k=8.6210-5 эВ/К - постоянная Больцмана; Wg - ширина запрещенной зоны полупроводника.В зонной теории энергию W принято измерять в электрон-вольтах (эВ). Для перевода значения энергии из джоулей в эВ следует правую часть выражения (1.7) умножить на коэффициент 1,6×10-19, поскольку 1 эВ=1,6×10-19 Дж. Диэлектрические материалы в отличие от полупроводников характеризуются большой шириной запрещенной зоны (Wg>3 эВ). Поэтому диэлектрики практически не проводят электрический ток вплоть до температур 450... 500 К. Дальнейший рост температуры ведет к незначительному увеличению электропроводности.
|
|
|
|
|
|
Собственная пpоводимость полупpоводников
В идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводников.При повышении температуры (или освещенности) собственная проводимость проводников увеличивается. Электроны проводимости и дырки - два типа свободных носителей заряда в полупроводниках. В идеальных кристаллах их концентрации равны, т.к. превращение одного из валентных электронов в электрон проводимости неизбежно вызывает появление дырки. Проводимость σ полупроводников, обусловленная электронами атомов данного вещества (так называемая собственная проводимость), определяется следующим выражением: 
где е — элементарный заряд, n — концентрация носителей заряда, μ — подвижность носителей заряда, равная отношению скорости направленного движения, вызванного электрическим полем (дрейфовой скоростью) νдр, к напряженности поля Е.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1657; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!