Электрическое свойство - твердое тело
Cтраница 2
 |
Упрощенная схема энергетических зов. [16] |
Рассмотренные примеры позволяют резюмировать те основные положения зонной теории, которые объясняют с единой точки зрения наблюдаемые на опыте громадные различия в электрических свойствах твердых тел. [17]
Атомы в кристаллах образуют регулярную пространственную решетку с характерной для каждого вещества структурой. Электрические свойства твердых тел определяются расположением энергетических уровней электронов. [18]
До недавнего времени физика изучала, а техника применяла либо полностью проводящие металлы, либо совсем не проводящие электрический ток изоляторы. В свете современных представлений об электрических свойствах твердого тела металлы и изоляторы представляются как крайние случаи. В металлах от каждого атома уже отделен электрон, а все вместе они переносят электрический ток, выравнивают температуру внутри металла. [19]
К числу важнейших характеристик вещества в первую очередь, по-видимому, можно отнести молекулярный ( атомный) вес и температуру плавления. Представляет интерес сопоставление указанных параметров с упругими, тепловыми и электрическими свойствами твердого тела. [20]
Для металлов Е3 - 0, что соответствует перекрытию валентной и свободной зон. Для полупроводников величина Е3 колеблется от тысячных долей электронвольт до 2 эв, для изоляторов - от 2 до 8 эв, точных границ установить нельзя. Различие в электрических свойствах твердых тел можно сформулировать так: энергия активации ( равная ширине запретной зоны) равна нулю у металлов, непрерывно возрастает в ряду полупроводников, переходящем при увеличении этой энергии в ряд изоляторов. На рис. 1.5 показано расположение энергетических зон изолятора, полупроводника и металла. [21]
Электронная теория объясняет плохую электропроводность у ряда веществ отсутствием свободных электронов. Такие вещества называют диэлектриками. Однако далеко не все электрические свойства твердых тел, в том числе и металлов, можно объяснить с помощью электронной теории. [22]
Калифорнийский университет, пригласив меня для прочтения курса лекций, дал мне возможность привести в стройную систему результаты многочисленных исследований в области физики кристаллов, произведенных мною и моими сотрудниками за последние двадцать пять лет. Настоящая книга воспроизводит эти лекции. Рассматриваемая здесь область ограничивается упругими и электрическими свойствами твердых тел. [23]
Однако взаимодействия между атомами вызывают возмущения свободных атомов, что приводит к появлению специфически новых явлений. Наиболее существенным из них является расщепление энергетических уровней валентных электронов свободных атомов в почти непрерывные энергетические полосы. Это явление во многом обуславливает электрические свойства твердых тел. [24]
Эта естественная мысль отвергалась потому, что ток обычно быстро ослабевал; по выключении внешнего источника появлялся обратный ток, - ток не подчинялся тем законам, которые были установлены для проводников. Непосредственными опытами мне удалось показать, что все эти осложнения происходят оттого, что внутри изолятора при прохождении тока накапливаются электрические заряды, в свою очередь влияющие на силу тока. Учитывая их, мы получаем такие же точные законы тока, как и в проводниках. На основе обширного материала была создана общая теория тока в изоляторе и электрических свойствах твердых тел. [25]
С полной очевидностью это вскрылось на следующем, внутримолекулярном, уровне, когда в курсе электричества и магнетизма изучались многообразные явления, объясняемые поведением заряженных частиц - электронов и ионов в веществе и вакууме. Однако именно здесь полностью вскрылась недостаточность классического описания. X) привел к ультрафиолетовой катастрофе, несмотря на то что он описывал взаимодействие равновесного теплового излучения со стенками полости, в которой это излучение находится, на основе хорошо развитых и совершенных методов классической теории излучения, классической статистической физики и электронной теории. Аналогично этому электрические свойства твердых тел - металлов и особенно полупроводников - не получили своего объяснения в классической теории. Таких примеров на протяжении трехтомного курса было приведено очень много. Для полного объяснения многих вопросов учения об электричестве и магнетизме, для истолкования механизма взаимодействия электромагнитного поля с веществом, представлений классической физики оказалось недостаточно. [26]
С полной очевидностью это вскрылось на следующем, внутримолекулярном, уровне, когда в курсе электричества и магнетизма изучались многообразные явления, объясняемые поведением заряженных частиц - электронов и ионов в веществе и вакууме. Однако именно здесь полностью вскрылась недостаточность классического описания. X) привел к ультрафиолетовой катастрофе, несмотря на то что он описывал взаимодействие равновесного теплового излучения со стенками полости, в которой это излучение находится, на основе хорошо развитых и совершенных методов классической теории излучения, классической статистической физики и электронной теории. Аналогично этому, электрические свойства твердых тел - металлов и особенно полупроводников - не получили своего объяснения в классической теории. Таких примеров на протяжении трехтомного курса было приведено очень много. Для полного объяснения многих вопросов учения об электричестве и магнетизме, для истолкования механизма взаимодействия электромагнитного поля с веществом, представлений классической физики оказалось недостаточно. [27]
В связи с этим дефектные центры часто называют центрами окраски. Наибольший интерес представляло исследование влияния таких центров на электрические свойства твердых тел, которые интерпретировались обычно в рамках зонной теории. [28]
Когда атомы плотно упакованы в кристаллической решетке твердого тела, их квантовые уровни расщепляются на множество подуровней, близко лежащих друг к другу. Эти подуровни столь близки друг к другу, что в результате образуются сплошные зоны дозволенной энергии. Во многих твердых веществах энергетические зоны отстоят друг от друга на величину энергии, носящей название зоны запрещенной энергии или просто запрещенной зоны. Самые нижние уровни энергии всегда заполнены электронами. Зона, которую занимают внешние - валентные - электроны, носит название валентной зоны. Электрические свойства твердого тела определяются структурой энергетических зон и заполненностью их электронами. Типы расположения энергетических зон показаны на рис. 5.7. Имеется четыре типа расположения этих зон. В первом случае нижняя зона заполнена не полностью. Это означает, что число энергетических состояний в этой зоне больше, чем число электронов. Вследствие этого электроны могут свободно перемещаться в кристаллической решетке. [29]
Страницы: 1 2