Валентная зона - кристалл
Cтраница 2
 |
Схема, иллюстрирующая образование доноров и акцепторов в кристалле с примесями. [16] |
Если в такой решетке один из узлов заместить примесным атомом с большей валентностью, например, пятивалентным атомом сурьмы ( рис. 2.4, б), то четыре валентных электрона атома сурьмы будут участвовать в образовании ковалентной связи, так же, как и у обычного матричного ( германиевого или кремниевого) атома, и лишний пятый электрон уже не сможет находиться в валентной зоне кристалла из-за отсутствия в ней свободных энергетических уровней. Следовательно, этот электрон будет находиться либо в запрещенной зоне, либо в зоне проводимости. [17]
Зонная теория объясняет деление веществ на проводники, полупроводники и изоляторы прежде всего заполнением валентной зоны кристалла электронами. Если валентная зона кристалла заполнена не полностью, то кристалл является проводником. Однако проводником может оказаться и такой кристалл, в котором валентная зона полностью заполнена. [18]
Поскольку валентная зона кристалла заполнена, эти дополнительные электроны должны перейти в зону проводимости. Таким образом, примесь фосфора дает проводимость гс-типа. Элемент третьей группы, например галлий, будет при введении в решетку почти эквивалентен иону Si и, таким образом, создаст дырку в зоне проводимости, так что возникнет проводимость р-типа. [19]
Поскольку валентная зона кристалла заполнена, эти дополнительные электроны должны перейти в зону проводимости. Таким образом, примесь фосфора дает проводимость n - типа. Элемент третьей группы, например галлий, будет при введении в решетку почти эквивалентен иону Si и, таким образом, создаст дырку в зоне проводимости, так что возникнет проводимость р-типа. [20]
Полное число энергетических зон бесконечно, так как бесконечно число состояний в зоне проводимости. Но число занятых энергетических зон ( валентная зона кристалла) однозначно определяется числом электронов в примитивной элементарной ячейке. В зоне проводимости наибольший интерес представляют нижние по энергии состояния ( дно ее) и несколько следующих за нижней энергетических зон. Поэтому полное число рассматриваемых энергетических зон считаем фиксированным. [21]
 |
Зонная диаграмма, соответствующая распределению Ферми. [22] |
Последнее соответствует тому, что на один участвующий в образовании химической связи электрон не может приходиться меньше двух элементарных объемов. Разобранная выше диаграмма бывает удобна при рассмотрении движения электронов по валентной зоне кристалла. Следует, однако, отметить, что она не дает никакой дополнительной информации и поэтому в дальнейшем не используется. [23]
Прежде чем обсуждать условия, при которых электролитический контакт будет вести себя как металлический, следовало бы рассмотреть более подробно особенности взаимодействия редоксного иона с поверхностью органического кристалла. Первую ( 7) стадию образует окислительно-восстановительная реакция ( электронно-дырочный перенос), причем электрон переходит из валентной зоны кристалла в активированное состояние окисляющего иона в растворе, т.е. окисляющий ион является инжектором дырки. [25]
Совершенно по-иному ведут себя валентные электроны в металле. Как ужо упоминалось, в этом случае валентная зона кристалла оказывается наполовину заполненной. Ширина валентной зоны составляет несколько элоктронвольт, и, таким образом, все энергетические уровни в ной до уровня с энергией по крайней мере в один электронвольт заполнены уже при абсолютном нуле. Поэтому тепловые колебания атомов не могут оказать значительного влияния на распределение электронов по энергиям. [26]
Совершенно по-иному ведут себя валентные электроны в металле. Как уже упоминалось, в этом случае валентная зона кристалла оказывается наполовину заполненной. Ширина валентной зоны составляет несколько электрон-вольт, и, следовательно, все энергетические уровни в ней до уровня с энергией по крайней мере 1 эв заполнены уже при абсолютном нуле. Поэтому тепловые колебания атомов не могут оказать значительного влияния на распределение электронов по энергиям. [27]
В этом случае для образования устойчивой ковалентной ( парноэлектронной) связи атома In с окружающими атомами матрицы будет не хватать одного электрона. На химическом языке можно сказать, что у атома индия недостает для полного завершения его валентной оболочки одного электрона. Этот электрон атом индия способен захватить из валентной зоны кристалла. [28]
Не следует забывать о том, что на рис. 3.2.16 представлены энергетические уровни, соответствующие как нейтральным возбужденным, так и ионизованным состояниям, но отсутствует какой-либо фиксированный уровень энергии, принадлежащий одновременно обеим системам этих состояний. Так, например, отсутствие ионизации в результате перехода ( 6 - 8) связано с тем, что при заселении низколежащих электронных уровней часть поглощенной энергии света идет на возбуждение электронов с внутренних орбиталей, оставляя тем самым меньше энергии на возбуждение валентных электронов. Отсчитывая энергию от основного состояния молекулы и от потолка валентной зоны кристалла, можно легко определять, произойдет ли ионизация при переходе с данной энергией. Следует ожидать, что при такой энергии возбуждения величина Ф ( Е) будет уменьшаться, в то время как это вовсе не обязательно должно сопровождаться уменьшением энергии активации - разделения зарядов. [30]
Страницы: 1 2 3