Зонная теория - твердое тело
Cтраница 2
Зонная теория твердых тел является наиболее мощным инструментом в изучении работы полупроводниковых приборов. [16]
Согласно зонной теории твердого тела, если имеется достаточное число электронов для заполнения всех разрешенных энергетических состояний одной или нескольких зон и последняя заполненная зона не соприкасается и не перекрывается со следующей зоной, то при абсолютном нуле совершенный кристалл такого вещества является изолятором. При этом отсутствует перекрытие кривых зависимости плотности состояний от энергии ( см. фиг. Энергетический разрыв между самыми высокими занятыми состояниями и самыми низкими незанятыми называется областью запрещенных значений энергии или запрещенной зоной. При этом уровень Ферми проходит посредине запрещенной зоны. Если ширина запрещенной зоны мала, то при повышении температуры электро-аы из занятой зоны будут переходить на незанятые энергетические состояния следующей зоны. В этом случае приложение разности потенциалов приведет к появлению проводимости, поскольку имеется достаточно большое число незанятых состояний, по которым эти электроны могут свободно двигаться. Такие вещества известны под названием собственных полупроводников. Если ширина запрещенной зоны достаточно велика, то тепловая энергия, необходимая для активации электронов в зону проводимости, может оказаться настолько высокой, что это вызовет смещение я миграцию атомов или даже пробой твердого тела. Такое положение характерно для некоторых изоляторов при обычных температурах. Значение ширины запрещенной зоны для гомологических рядов веществ является мерой прочности связи между атомами з кристалле. [17]
Согласно зонной теории твердого тела, в чистых кристаллах в запрещенной зоне не должно быть никаких уровней. Поэтому изображение экситонных уровней противоречит зонной теории. Это не означает, что полученный энергетический спектр экситона ошибочен, как раз наоборот. Теория двух частиц при их движении в кристалле - это приближение к действительности более высокого порядка, чем зонная теория, в которой фигурирует только один электрон, движущийся в самосогласованном поле. [18]
Согласно зонной теории твердого тела, если имеется достаточное число электронов для заполнения всех разрешенных энергетических состояний одной или нескольких зон и последняя заполненная зона не соприкасается и не перекрывается со следующей зоной, то при абсолютном нуле совершенный кристалл такого вещества является изолятором. Энергетический разрыв между самыми высокими занятыми состояниями и самыми низкими незанятыми называется областью запрещенных значений энергии или запрещенной зоной. При этом уровень Ферми проходит посредине запрещенной зоны. Если ширина запрещенной зоны мала, то при повышении температуры электроны из занятой зоны будут переходить на незанятые энергетические состояния следующей зоны. В этом случае приложение разности потенциалов приведет к появлению проводимости, поскольку имеется достаточно большое число незанятых состояний, по которым эти электроны могут свободно двигаться. Такие вещества известны под названием собственных полупроводников. Если ширина запрещенной зоны достаточно велика, то тепловая энергия, необходимая для активации электронов в зону проводимости, может оказаться настолько высокой, что это вызовет смещение и миграцию атомов или даже пробой твердого тела. Такое положение характерно для некоторых изоляторов при обычных температурах. Значение ширины запрещенной зоны для гомологических рядов веществ является мерой прочности связи между атомами в кристалле. [19]
 |
Зонная структура твердых тел. [20] |
Согласно зонной теории твердых тел электроны внешних энергетических зон перемещаются по кристаллу практически одинаково во всех телах независимо от того, являются эти тела металлами или диэлектриками. Несмотря на это электрические свойства их, в частности электропроводность, могут различаться чрезвычайно сильно. [21]
В зонной теории твердых тел обычно отделяют проблему суммирования по прямой решетке от суммирования по волновому вектору в обратной решетке. Введение модели КРЭЯ позволяет понять, что оба эти суммирования связаны, а при рассмотрении всей основной области кристалла как РЭЯ остается только суммирование по прямой решетке. [22]
В зонной теории твердого тела понятие зоны чрезвычайно важно, так как свойства твердого тела зависят, от характеристик зоны - ее ширины, расположения по отношению к соседним зонам, распределения в ней электронов. [23]
В зонной теории твердого тела различия в электрических свойствах разных типов твердых тел объясняются шириной запрещенных энергетических зон и различным заполнением разрешенных энергетических зон. Запрещенные зоны могут разделять разрешенные или вообще отсутствовать, если разрешенные зоны перекрывают друг друга. На рис. 43.6 нижняя разрешенная зона перекрывается верхней разрешенной зоной. [24]
ДЫРКА в зонной теории твердого тела, квантовое состояние, не занятое электроном. [25]
Согласно представлениям зонной теории твердых тел, электронная проводимость обусловлена переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости. Для такого перехода необходима энергия, определяемая шириной запрещенной зоны. Вакансии в валентной зоне называют дырками и рассматривают как положительные частицы. [26]
Как известно, зонная теория твердых тел в существующем виде не может объяснить электропроводность и другие свойства твердых растворов окислов металлов переменной валентности и щелочных металлов. Достаточно сказать, что, согласно зонной теории, окись никеля и другие окислы переходных металлов ( с вакантными электронами на Зй-орбитах) должны быть хорошими полупроводниками. В действительности же они являются изоляторами. Причина неприменимости зонной теории заключается в том, что основным положением этой теории является представление о коллективности электронов и, следовательно, учет взаимодействия дальнего порядка в кристалле. Согласно их представлениям, в процессе образования твердых растворов указанных окислов с окисью лития ионы лития внедряются в кристаллическую решетку окислов типа ТО ( где Т - металл переменной валентности), занимая место катионов. Это приводит к нарушению электронейтральности кристалла; благодаря этому в решетку одновременно внедряется также кислород, который отнимает электрон у двухвалентного иона. [27]
С точки зрения зонной теории твердого тела появление дырочной проводимости связано с тем, что тепловое ( или какое-либо иное) возбуждение электронов из заполненной зоны освобождает вакантные уровни в этой зоне. На эти уровни могут переходить другие электроны, расположенные в той же зоне. Внутризонные переходы под действием электрического поля, как уже выяснено ( § 76.3), обеспечивают возникновение электропроводности у твердого тела. Важно подчеркнуть, что в процессе дырочной проводимости участвуют реально не положительные заряды атомов ( ядра), а обычные электроны, расположенные на оболочках вокруг ядер. Однако в кристалле возникают условия, при которых механизм проводимости связан с таким перемещением электронов от одной частицы кристалла к другой, которое равносильно движению положительного заряда. [28]
В результате рассмотрения зонной теории твердого тела было установлено, что в полупроводниках при абсолютном нуле валентная зона заполнена электронами, а зона проводимости свободна. [29]
Формулируются основные положения зонной теории твердых тел и даются количественная оценка важнейших особенностей электронного спектра и общая характеристика электронных состояний. [30]
Страницы: 1 2 3 4