Существование - энергетическая зона
Cтраница 1
 |
Ширина запрещенной зоны определяет электрические свойства кристалла. [1] |
Существование энергетических зон позволяет объяснить с единой точки зрения существование металлов, полупроводников и диэлектриков. [2]
Металлы характеризуются существованием частично заполненных энергетических зон, обеспечивающих высокую электропроводность этих веществ. При образовании кристаллов металлов электроны частично заполненных зон объединяются в газ ( более точно - жидкость, но изучение вопросов, связанных с поведением электронной жидкости выходит за рамки этого курса) электронов проводимости. Результирующее поле, обусловленное ионами и электронами, в окрестности ионов металлов имеет, как правило, сферически-симметричный характер. В связи с этим атомы металлов в первом приближении могут рассматриваться как сферы, имеющие характерный радиус, а структуры кристаллов металлов - как системы, состоящие из равновеликих шаров. По этим же причинам металлическая связь не насыщена - к любой паре, тройке... Около 2 / 3 элементов - металлов имеет структуру с КЧ 12 ( ГЦК и ГПУ), около-20 % - структуры с КЧ 8 ( ОЦК), остальные с несколько меньшими КЧ. Появление для ряда металлов структур с КЧ, меньшими максимально возможных, указывает на отличие потенциальных полей ионов в соответствующих случаях от сферически-симметричных. Это явление обычно объясняют подмешиванием к металлической связи направленной ковалентной связи. [3]
В результате получаем условие / 1, из которого вообще говоря следует существование энергетических зон. [4]
Наличие магнетизма во многих окисных полупроводниках, содержащих ионы металлов переменной валентности, указывает на невозможность существования обычных энергетических зон. [5]
Сохранение зонной энергетической структуры для состояний электронов в жидкости следует из расщепления дискретных атомных уровней ( оставляя в стороне вопрос о вырождении) за счет взаимодействия между отдельными атомами на расстояниях примерно таких же, какие характерны для кристаллов. Эта полуколичественная картина позволяет нам считать существование энергетических зон более или менее общим свойством вещества, находящегося в конденсированном состоянии: Однако без дальнейшего анализа она не дает ответа на вопрос о том, может - лй подвижность электронов ( или дырок) достигать больших, значений при отсутствии дальнего порядка. Более того, как следует из обычной зонной теории, рассеяние электрбнов ( а следовательно, их Подвижностей) связано с потерей периодичности. [6]
Сохранение зонной энергетической структуры для состояний электронов в жидкости следует из расщепления дискретных атомных уровней ( оставляя в стороне вопрос о вырождении) за счет взаимодействия между отдельными атомами на расстояниях, примерно таких же, какие характерны для кристаллов. Эта полуколичественная картина позволяет нам считать существование энергетических зон более или менее общим свойством вещества, находящегося в конденсированном состоянии. Однако без дальнейшего анализа она не дает ответа на вопрос о том, может ли подвижность электронов ( или дырок) достигать больших значений при отсутствии дальнего порядка. Более того, как следует из обычной зонной теории, рассеяние электронов ( а следовательно, их подвижностей) связано с потерей периодичности. [7]
 |
Энергетические уровни в зависимости от расстояния ( г между атомами. [8] |
Зона, где электроны могут находиться называется разрешенной зоной, а зона, где электронам запрещено находиться, называется запрещенной зоной. Тот факт, что кристаллы характеризуются не линейчатыми, а полосовыми спектрами испускания света, а также мягких рентгеновских лучей, подтверждает существование энергетических зон. Ширина разрешенной зоны зависит от силы взаимодействия между атомами: чем сильнее это взаимодействие, тем шире разрешенная зона. [9]
 |
Индексы, применяемые для обозначения кристаллографических плоскостей. [10] |
Рассмотренное решение задачи об электронном спектре кристалла является самым простым. Можно как угодно детализировать вид функции U ( г) и получать решения уравнения Шредингера, отличающиеся несколько друг от друга, но общий вывод о существовании энергетических зон от этого не изменится. [11]
Согласно зонной теории фотопроводимость возникает в результате скачкообразного перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Существование энергетических зон, которое вытекает из квантовомеханического рассмотрения электронных состояний в твердом теле, подтверждается, например, оптическим спектром, который в отличие от чрезвычайно узких атомных линий в данном случае имеет вид широкой полосы. Сплошной спектр показывает, - что энергия электрона и соответственно ей частоты излучения атома изменяются непрерывно. [12]
Поскольку при переходе от кристаллического состояния к некристаллическому ближний порядок в расположении атомов сохраняется, это положение позволяет применять понятия запрещенной и разрешенных энергетических зон ( валентной зоны, зоны проводимости) для описания энергетических состояний электронов в некристаллических полупроводниках. Однако возможность применения этих понятий не означает, что энергетические зоны в кристаллических и некристаллических полупроводниках имеют одинаковое строение. Отсутствие дальнего порядка в расположении атомов, хотя и не затрагивает само существование энергетических зон, приводит к существенному перераспределению в них разрешенных энергетических уровней. [13]
Подробнее этот вопрос будет paccMOipeii в разд. Иа рис. 14.7 видно, что, согласно теории Блоха, зависимость плотности электронных состояний от энергии должна быть дискретной. Таким образом, как теория молекулярных орбиталей, так и приближение периодического потенциального поля приводят к выводу о существовании энергетических зон в твердых телах. [14]
Как мог заметить читатель, мы неявно предположили, что полупроводники можно описать в понятиях так называемой зонной теории. Анализ задачи о распространении волны или о ии частицы в периодических структурах некоторых типов неизбежно приводит к решению, состоящему из разрешенных зон энергий или частот, разделенных запрещенными зонами. Например, часто по линиям передачи с периодической структу-сигналы распространяются только в определенных частот-ных зонах. Между этими зонами частот существуют такие стоп-зоны, в которых сигналы с частотами, лежащими в этих зо-нах, по линии не распространяются. Следует напомнить, что существование энергетических зон в твердых телах объясняется близким расположением атомов, в результате чего дискретные уровни, расщепляясь, образуют энергетические зоны. Поэтому такие аморфные вещества, как, например, селен, тоже могут проявлять зонные свойства. Тем не менее удобнее воспользоваться периодическими свойствами полупроводников, чтобы установить и проанализировать особенности энергетических уровней и зон. [15]
Страницы: 1