Уровни - валентная зона
Cтраница 4
Как отмечалось выше, при этом все энергетические уровни в валентной зоне будут заполнены, а все уровни зоны проводимости окажутся свободными. Мы знаем, что при температуре абсолютного нуля электрон не может при всех условиях находиться в зоне проводимости. Это означает, что все уровни валентной зоны заняты электронами. [46]
Электроны, находящиеся в атомах ближе к ядру, экранированы от взаимодействий более высоко расположенными электронными оболочками, так что соответствующие уровни расщепляются слабо. Наиболее сильно взаимодействуют валентные электроны, расположенные на внешних оболочках. Из уровня, на котором в изолированных атомах находятся валентные электроны, образуется валентная зона. При абсолютном нуле температуры валентные электроны заполняют попарно уровни валентной зоны, начиная с самых нижних. Если после размещения всех валентных электронов в этой зоне остаются незанятые уровни, то такой кристалл сможет проводить электрический ток подобно металлам. Действительно, электроны могут при этом еще увеличивать свою энергию, перемещаясь под действием, например, внешнего электрического поля. Если же вся валентная зона оказывается занятой электронами, то мы имеем дело в этом случае с кристаллами полупроводника или изолятора. Для такого перехода электрону необходимо сообщить энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны - зазора между валентной зоной и зоной проводимости. Ширина запрещенной зоны Е является важнейшей характеристикой материала. [47]
 |
Зонная схема [ IMAGE ] Схема собственной проводимо. [48] |
С точки зрения зонной теории полупроводниковые вещества должны обладать дальним порядком. Вторым необходимым условием служит отсутствие перекрывания валентной зоны и зоны проводимости. Третье условие состоит в том, что валентная зона должна быть полностью занята электронами. При абсолютном нуле зона проводимости пуста, все уровни валентной зоны заполнены и под действием внешнего электрического поля электрическая проводимость не возникает. Нагревание кристалла возбуждает часть электронов, которые приобретают энергию, превышающую ширину запрещенной зоны. [49]
Точно так же при возникновении катионной вакансии в окружающей ее области анионной подрешетки снижается плотность положительного заряда, что увеличивает энергию электронов для соответствующих уровней на величину да по сравнению с идеальной решеткой. Так как из решетки при образовании катионной вакансии удаляется нейтральный атом, один электрон захватывается из анионной подрешетки. При этом освобождается уровень h на рис. 28, так как он отвечает наибольшей энергии электронов в анионной подрешетке. При термическом возбуждении электроны могут занять уровень h и освободить один из уровней валентной зоны. [50]
Электропроводность полупроводников может быть объяснена и с помощью зонной теории. В соответствии с ней все энергетические уровни валентной зоны при температуре О К заняты электронами. Если электронам сообщить извне энергию, превышающую энергию активации ДИ, то часть валентных электронов перейдет в зону проводимости, где они станут свободными, или электронами проводимости. Вследствие ухода электронов из валентной зоны в ней образуются дырки, число которых, естественно, равно числу ушедших электронов, Дырки могут быть заняты электронами, энергия которых соответствует энергии уровней валентной зоны. Следовательно, в валентной зоне перемещение электронов вызывает перемещение в противоположном направлении дырок. Хотя в валентной зоне перемещаются электроны, обычно удобнее рассматривать движение дырок. [51]
Электропроводность полупроводников может быть объяснена и с помощью зонной теории. В соответствии с ней все энергетические уровни валентной зоны при температуре О К заняты электронами. Если электронам сообщить извне энергию, превышающую энергию активации AFFa, то часть валентных электронов перейдет в зону проводимости, где они станут свободными, или электронами проводимости. Вследствие ухода электронов из валентной зоны в ней образуются дырки, число которых, естественно, равно числу ушедших электронов. Дырки могут быть заняты электронами, энергия которых соответствует энергии уровней валентной зоны. Следовательно, в валентной зоне перемещение электронов вызывает перемещение в противоположном направлении дырок. Хотя в валентной зоне перемещаются электроны, обычно удобнее рассматривать движение дырок. [52]
Страницы: 1 2 3 4