Cтраница 4
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. [46]
Это объясняет широкое применение более простых схем и приборов. Так, в некоторых случаях полупроводниковый кристалл монтируют между двумя электродами, один из которых является катодом, а другой - анодом. При воздействии излучения на такой полупроводник происходит переход электрона в свободную зону ( зону проводимости) и перемещение электрона в валентной зоне, что вызывает изменение проводимости кристалла. Именно в результате освобождения в валентной зоне ряда разрешенных энергетических уровней проводимость полупроводникового кристалла возрастает, появляется фототек, величина которого может служить мерой проникающего излучения. Использовать это явление в дозиметрии можно только в том случае, если фототек будет достаточно большим. Из кристаллов этому условию удовлетворяют лишь немногие, например алмаз и монокристалл сернистого кадмия. [47]
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. [48]
Совершенно, очевидно, что в, изолированных атомах и молекулах электрон в основном состоянии находится неопределенно долгое время. Следовательно, ширина энергетического уровня в данном случае исчезающе мала. Отсюда видно, насколько резко электронная структура твердого вещества отличается от электронной структуры соответствующих атомов и молекул. Огромное количество разрешенных энергетических уровней, занятых и свободных, удаленных друг от друга, сближенных и даже накладывающихся друг на друга, предопределяет особенности свойств вещества, находящегося в твердом состоянии. [49]
Твердое тело состоит из множества атомов, взаимодействующих друг с другом вследствие малых межатомных расстояний. Поэтому совокупность атомов твердого тела можно рассматривать как гигантскую молекулу, которая подобно атому характеризуется единым для всего тела энергетическим спектром. Особенность спектра твердого тела ( по сравнению с атомом) в том, что он состоит не из дискретных разрешенных уровней, а из дискретных разрешенных зон, которые образуются в результате расщепления уровней атомов. Дискретные разрешенные зоны, образующиеся верхними энергетическими уровнями, чередуются с запрещенными. Нижние энергетические уровни атомов обычно не образуют зон, ввиду слабого взаимодействия внутренних электронных оболочек из-за экранирования их внешними оболочками. Ширина запрещенной зоны определяется величиной энергии, необходимой для перевода через; запрещенную зону одного электрона из зоны с низшими разрешенными энергетическими уровнями в зону с высшими энергетическими уровнями. Зона разрешенных энергетических уровней, в которой находятся электроны, обладающие наибольшей энергией, представляет собой валентную зону. [50]