Разрешенные энергетические уровни

Cтраница 3

Часть кривой ( функции Ферми), расположенной в области запрещенной зоны, не характеризует реальных энергетических состояний, поэтому на рис. 1 - 9 6 этот участок ( для кривой 2) показан штриховой линией. Конкретный смысл имеют лишь участки, расположенные в областях разрешенных энергетических уровней. Чем выше энергетический уровень в зоне проводимости, тем меньше вероятность его заполнения fn, так как для этого электрон проводимости должен получить большую энергию. [32]

Согласно принципу Паули на одном энергетическом уровне могут находиться два электрона в том случае, если у них противоположные собственные магнитные моменты. В нормальном, невозбужденном состоянии электроны занимают ближайшие к ядру разрешенные энергетические уровни, которые называются запоЛ ненными уровнями. [33]

Графики распределения свободных электронов в проводнике по энергиям. [34]

Очевидно, что при температуре абсолютного нуля и отсутствии других источников возбуждения электроны должны занимать уровни с наименьшей энергией. В проводниках, обладающих высокой концентрацией электронов в зоне проводимости, разрешенные энергетические уровни расположены так, что плотность этих уровней возрастает с увеличением значения энергии. [35]

Процесс формирования потенциального барьера на переходе может быть лучше понят с помощью уровня Ферми. В параграфе 8 настоящей главы упомянуто, что имеется значительно большее число разрешенных энергетических уровней, чем число электронов в кристалле. [36]

С первого взгляда может показаться странным отнесение электронов к категории дефектов в твердом теле, но в последующих главах мы увидим, что многие явления можно понять и описать, если придерживаться именно этой точки зрения. В идеальном кристалле при 0 К, согласно закону распределения Ферми-Дирака, все электроны должны располагаться на наинизших из возможных разрешенных энергетических уровней. При температурах выше 0 К за счет энергии теплового движения определенное число электронов может возбуждаться на более высокие энергетические уровни, что определяется энергией разрешенных состояний и температурой. [37]

Двумерное схематическое изображение собственного полупроводника 76. [38]

В проводнике наивысшая заполненная зона заполнена лишь частично. В этом случае ( поскольку незаполненные энергетические уровни очень близки к заполненным уровням) внешнее приложенное поле может сообщить электронам верхних заполненных уровней необходимую для занятия ранее не заполненных, но разрешенных энергетических уровней, энергию. Тогда эти электроны начинают свободно двигаться в направлении приложенного поля и участвовать в процессе проводимости. [39]

Попробуем разобраться в том, почему молекулярный усилитель моночастотен. Действующий в усилителе ( генераторе) пучок молекул состоит из отдельных самостоятельных молекул, не находящися во взаимосвязи. Такие молекулы совершенно однородны, имеют одинаковые разрешенные энергетические уровни, и переход молекул с одного уровня на другой сопровождается поглощением или излучением электромагнитных колебаний точно одинаковой частоты. [40]

В случае металлов ширина запрещенной зоны, если она вообще существует ( например, в меди ее нет), чрезвычайно мала. Поэтому для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости требуется незначительное количество энергии. Кроме того, в металле исключительно мало разрешенных энергетических уровней ( а именно, нижних энергетических уровней) занято электронами. Эти немногие электроны легко переходят на свободные, более высокие разрешенные энергетические уровни и таким образом начинают участвовать в процессе электропроводности. [41]

В твердом теле уже нельзя рассматривать отдельно взятый атом и считать его уединенным; в нем уже содержится большое число ( АО близко расположенных атомов и между ними происходит взаимодействие. На электроны в данном случае воздействуют не только ядро собственного атома, но и ядра соседних атомов, вследствие чего характер движения электронов изменяется. Взаимодействие N близко расположенных атомов приводит к тому, что разрешенные энергетические уровни каждого из них смещаются и расщепляются. Каждый энергетический уровень расщепится на столько близко расположенных подуровней, сколько одинаковых атомов содержится в твердом теле. В результате образуется целая полоса разрешенных энергетических уровней, или разрешенная энергетическая зона. Нижние энергетические уровни практически не расщепляются, так как они соответствуют орбитам внутренних электронов, расположенных ближе к ядру и не взаимодействующих с другими электронами. [42]

В германии и кремнии экспериментально наблюдаемое малое время жизни объясняется следующим образом. Предполагается, что в этих двух случаях имеются центры рекомбинации, вызванные, например, несовершенствами кристалла. Предположим, что в результате нерегулярности кристалла в зонной структуре имеются разрешенные энергетические уровни, лежащие достаточно высоко над верхней границей валентной зоны, Wv, но значительно ниже дна зоны проводимости, Wc. [43]

С другой стороны, обладая спиновым магнитным моментом, электрон испытывает ориентирующее воздействие Н, что соответствует парамагнитному эффекту. Принцип Паули накладывает значительные ограничения на ориентацию спиновых магнитных моментов электронов проводимости в металле: разрешенные энергетические уровни заполняются попарно, причем в каждой паре электронов, находящихся на одном уровне, спины ориентированы антипараллельно. Поэтому при Я О суммарный магнитный момент электронов в металле равен нулю. О электрон, спиновый магнитный момент которого параллелен Я, будет обладать меньшей потенциальной энергией, чем электрон с противошь ложно направленным спином. То есть первый электрон находится в более выгодном энергетическом состоянии, чем второй. Опрокидывание спиновых магнитных моментов за счет внешнего Я ( в направлении энергетически более выгодного состояния) с одновременным подъемом электронов на более высокие энергетические уровни ( так как на одном уровне не может быть двух электронов с одинаковыми спинами) должно приводить к парамагнетизму электронного газа в металле. [44]

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. [45]

Страницы: 1 2 3 4