Чем отличается полупроводник от металла и диэлектрика

Чем отличается полупроводник от металла и диэлектрика

Определение свойств тел и их поведения в электрическом поле. Рассмотрение образования электронов проводимости в полупроводниках на примере кремния. Процесс проводимости в чистых полупроводниках. Контакт полупроводников с различными типами проводимости.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 24.11.2015
Размер файла 62,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Нижневартовский государственный университет

Кафедра «Электроэнергетика и электротехника»

Особенности полупроводников, их отличие от проводников и диэлектриков

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Выполнил: студент группы 9351

Дунаев Игорь Сергеевич

Проверил: кандидат технических наук

Савченко Антон Анатольевич

Образование электронов проводимости

p-n переход в полупроводниках

• InSb, InAs, InP, GaSb, GaP, AlSb, GaN, InN

• ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdTe, HgSe, HgTe, HgS

• PbS, PbSe, PbTe, SnTe, SnS, SnSe, GeS, GeSe

а также некоторые окислы свинца, олова, германия, кремния, а также феррит, аморфные стёкла и многие другие соединения (A I B III C2 VI , A I B V C2 VI , A II B IV C2 V , A II B2 II C4 VI , A II B IV C3 VI ).

Соединения A III B V , в основном, применяются для изделий электронной техники, работающих на сверхвысоких частотах

Соединения A II B V используют в качестве люминофоров видимой области, светодиодов, датчиков Холла, модуляторов.

Соединения A III B V , A II B VI и A IV B VI применяют при изготовлении источников и приёмников света, индикаторов и модуляторов излучений.

Окисные полупроводниковые соединения применяют для изготовления фотоэлементов, выпрямителей и сердечников высокочастотных индуктивностей.

1) Синдеев Ю.Г., Грановский В.Г. Электротехника. Учебник для студентов педагогических и технических вузов. Ростов-на-Дону: «Феникс», 1999.

2) Лихачев В.Л. Электротехника. Справочник. Том 1./В.Л. Лихачев. М.: СОЛОН-Пресс, 2003.

3) Ремизов А.Н. Курс физики: Учебник для ВУЗов / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко. М.: Дрофа, 2002.

4) Дмитриева В.Ф. Физика: Учебное пособие для техникумов./Под ред. В.Л. Прокофьева, 4-е изд., стер. М.: Высш. шк., 2001.

5) Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия. Москва: Большая Российская Энциклопедия, 1995.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Изменение концентрации носителей и проводимости в приповерхностном слое полупроводника под действием электрического поля. Эффект поля в собственном и примесном полупроводниках. Механизмы рекомбинации носителей. Законы движения носителей в полупроводниках.

презентация [206,2 K], добавлен 27.11.2015

Изучение температурной зависимости подвижности и проводимости носителей заряда в полупроводниках. Основные электрофизические свойства кремния и германия, мелкие акцепторные и донорные уровни. Спектральный диапазон оптической прозрачности чистого кремния.

курсовая работа [266,1 K], добавлен 22.12.2014

Структура полупроводниковых материалов. Энергетические уровни и зоны. Электро- и примесная проводимость полупроводников. Виды движения носителей. Свойства электронно-дырочного перехода. Электропроводимость полупроводников в сильных электрических полях.

реферат [211,5 K], добавлен 29.06.2015

Кремний как материал современной электроники. Способы получения пористых полупроводников на примере кремния. Анализ процесса формирования, методов исследования, линейных и нелинейных процессов в неоднородных средах на основе пористых полупроводников.

дипломная работа [6,3 M], добавлен 18.07.2014

Определение удельного сопротивления полупроводникового образца с использованием четырехзондовой методики; а также типа проводимости по знаку термоЭДС с использованием термозонда с учетом и без учета поправочных коэффициентов; метрологические показатели.

практическая работа [6,9 M], добавлен 22.09.2011

Электропроводимость полупроводников. Образование электронно-дырочной проводимости и ее свойства. Условное обозначение полупроводниковых приборов, классификация и основные параметры. Биполярные и МОП транзисторы. Светоизлучающие приборы и оптопары.

лекция [1,8 M], добавлен 17.02.2011

Роль полупроводников в микро- и оптоэлектронике. Классификация полупроводниковых материалов. Диапазон электрических параметров различных полупроводников. Особые физико-химические свойства кремния. Применение германия в полупроводниковых приборах.

контрольная работа [1,0 M], добавлен 15.12.2015

Отличия энергетических диаграмм проводников, полупроводников и диэлектриков. Принцип работы биполярного транзистора. Фотодиод: принцип работы, параметры и назначение. Определение параметров биполярных транзисторов, включенных но схеме с обидим эмиттером.

контрольная работа [1,4 M], добавлен 05.07.2014

Контакт полупроводника с полупроводником. Понятие, структура и методы создания p-n-переходов. Особенности поведения электрона с учетом спина в электрическом поле. Распределение примеси и носителей заряда в полупроводнике. Время диэлектрической релаксации.

курсовая работа [1,4 M], добавлен 03.12.2010

Изучение устройства и отработка приемов работы с контрольно-измерительной аппаратурой при электрическом способе взрывания зарядов. Правила обращения и приемы работ по измерению сопротивлений электровзрывных цепей. Шкала и схема реохорда моста Р–353.

лабораторная работа [264,6 K], добавлен 30.04.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Дискретным уровням атома в твердом теле соответствует всегда дискретная система разрешенных зон, разделенных запретными зонами. Как правило, если электроны образуют в атоме или молекуле законченную группу, то при объединении их в твердое или жидкое тело создаются зоны, все уровни которых заполнены, поэтому такие вещества будут обладать при абсолютном нуле свойствами изоляторов. Сюда относятся решетки благородных газов, молекулярные и ионные решетки соединений с насыщенными связями. В решетках алмаза, кремния, германия, a-олова, соединений типа AIIIBV, AIIBVI, CSi каждый атом связан единичными валентными связями с четырьмя ближайшими соседями, так что вокруг него образуется законченная группа электронов s2p6, и валентная зона оказывается заполненной.

Не вдаваясь в подробности строения зон, подчеркнем, что полупроводники и диэлектрики отличаются от металлов тем, что валентная зона у них при T » 0°К всегда полностью заполнена электронами, а ближайшая свободная зона (зона проводимости) отделена от валентной зоной запрещенных состояний Ширина запрещенной зоны DЕ у полупроводниковот десятых долей электрон-вольт до 3 эв (условно), а у диэлектриковот 3 до 5 эв (условно). Если между полупроводниками и диэлектриками существует только количественное различие, то отличие их от металлов качественное. Чтобы проходил ток в металле, не требуется никакого другого воздействия, кроме наложения электрического поля, так как валентная зона в металле не заполнена или перекрывается с зоной проводимости (рис. 20, а).

На рис. 20 изображены схемы появления дырки в атомной решетке элементарного полупроводника и возникновение электрона проводимости.

Читайте также:  Как проверить напряжение на автомате

Рис. 20. Схема энергетических зон: а — в металле; б — в полупроводнике; в — в диэлектрике; DE ширина запрещенной зоны

Для возбуждения проводимости в полупроводнике (Рис. 20, б) необходимо к электрону, находящемуся в заполненной валентной зоне, подвести энергию, достаточную для преодоления зоны запрещенных состояний. Только при поглощении энергии не меньше, чем DЕ, электрон будет переброшен из верхнего края валентной зоны в свободную зону (зону проводимости). Если этот энергетический порог преодолен, то чистый (собственно) полупроводник имеет электронную проводимость. Чем меньше ширина запрещенной зоны DЕ, тем больше проводимость при данной температуре. Так как у диэлектриков DЕочень велика, то проводимость их очень мала (рис. 20, б).

При приближении к абсолютному нулю термическое возбуждение оказывается недостаточным, и полупроводники становятся диэлектриками, а металлы — сверхпроводниками. Чем выше температура и чем более интенсивно полупроводник облучается квантами с энергией hvне меньше DЕ, тем больше проводимость собственно полупроводника, так как увеличивается число электронов, перебрасываемых из валентной зоны в зону проводимости.

Для чистых полупроводников при убывании частоты падающего света коэффициент поглощения при некотором значении v резко падает, и материал становится прозрачным для лучей с меньшими частотами. Этот участок быстрого спада поглощения называется краем собственного поглощения. Длина волны X и частота v, отвечающая краю собственного поглощения, приближенно определяются условиями:

где DЕ называется оптической шириной запрещенной зоны.

Энергия квантов видимого света лежит в пределах 1,5—3,0 эв, т.е. обычно превышает энергию возбуждения проводимости (АЕ). Если в полупроводнике есть некоторое количество примесей, он становится непрозрачным в широкой области частот — от ультрафиолетовой вплоть до радиочастот.

Металлы при облучении светом практически не изменяют проводимость, так как число электронов проводимости в них не изменяется. Дальше мы остановимся на причинах большой чувствительности полупроводников к дефектам строения кристаллов и к нарушению состава, чем они также сильно отличаются от металлов.

Уход электрона из валентной зоны полупроводника в зону проводимости оставляет свободное место (дырку) в валентной зоне с положительным зарядом, численно равным заряду электрона. Таким образом, дыркой называется освобожденное от электрона место в области нарушенной ковалентной связи, соединяющей соседние атомы собственно полупроводника, имеющее единичный положительный заряд.

Электрон, появившийся в междоузлии, является подвижным носителем заряда. Такие электроны, как и дырки, могут свободно перемещаться по кристаллу (диффундировать). Если поместить кристалл в электрическое поле с напряжением, падающим справа налево, то «свободный» электрон приобретает направленное движение против поля (вправо). Кроме того, на место образовавшейся дырки (+) перейдет электрон из какого-либо места соседней связи левее дырки. Таким образом, образуется новая дырка вместо прежней. Следовательно, дырка перемещается по направлению поля (влево) при скачках электронов в валентной зоне, совершающихся слева направо, как показано на рис. 21 (стрелками). Перенос заряда электронами валентной зоны называют дырочным. Таким образом, в собственных полупроводниках бывает двоякий механизм проводимости: электронный и дырочный. Удельная электропроводность полупроводника в общем случае выражается уравнением:

где: ип и ир — подвижности соответственно электронов и дырок; n и p — их концентрации.

Рис. 21. Схема разрыва валентной связи и появление свободного электрона и дырки как носителей заряда: а — в плоском изображении; б — в зонной энергетической диаграмме; А — атомы кремния или германия; (:) — валентные электроны, осуществляющие связь соседних атомов; (+) — дырка; (—) — свободный электрон; ЕС — нижний уровень свободной зоны; ЕВ — верхний уровень валентной зоны

В собственном полупроводнике

где: k — константа Больцмана, равная 1,38 × 10-16 эрг/град, или 0,863 × 10-4 эв/град; А для полупроводников с ковалентными связями (например, кремния и германия) пропорциональна Т1,5, а подвижности носителей заряда пропорциональны Т-1,5, поэтому без большой погрешности можно написать

считая s0 — постоянной величиной для данного полупроводника. Логарифмируя, получим:

Это уравнение прямой линии In s = f с угловым коэффициентом tg j = . Отсюда:

где j — угол между прямой и положительным направлением оси 1/Т.

Так как этот угол всегда тупой, то tgj 0. Здесь DЕназывают термической шириной запрещенной зоны, т. е. вычисленной из температурного хода проводимости.

Возникновение пары электрон — дырка за счет нарушения нормально заполненной связи (НЗ) можно записать в виде уравнения обратимой реакции НЗ + DЕ ↔ + (где — электрон проводимости, — дырка). При заданной температуре устанавливается динамическое равновесие. Процесс, идущий слева направо, является генерацией электронов и дырок, а обратный процесс называется рекомбинацией электронов и дырок. При повышении температуры в соответствии с принципом Ле Шателье это равновесие сдвигается вправо. При данной температуре по закону действия масс можно записать константу равновесия так: К. = пр/[НЗ].Из того что практически очень большая величина [НЗ] постоянна, следует

Нормально заполненных связей практически столько, сколько связей в 1 см3. Например, в 1 см3германия связей (6,02 × 1023 × 5,32/72,59) × 2 = 9,0 × 1022 (здесь 5,32 — плотность германия, г/см3; 72,59 — его атомная масса). Дробь, представляющая собой число атомов германия в 1 см3, умножается на 2 потому, что каждый атом имеет 4 связи с соседними атомами, но каждая связь соединяет два атома.

Для беспримесного полупроводника п= р = пi (пi — от слова intrinsic — собственный); поэтому предыдущее уравнение можно представить:

Это значит: произведение концентраций электронов проводимости и дырок в полупроводнике при постоянной температуре постоянное, равное произведению концентраций их в собственном полупроводнике при той же температуре и не зависит от характера и количества содержащихся в нем примесей. Для германия при 300o К пр 6,25 × 1026. Отсюда концентрация электронов и дырок в беспримесном германии п= р = пi = 2,5 × 113 см-3.Для кремния niпримерно на три порядка меньше.

Одно из наиболее характерных свойств металлов — высокая электрическая проводимость, обусловленная направленным переносом их электронов в электрическом поле. С другом стороны, имеется большая группа твердых веществ с молекулярной, ионной или ковалентной решеткой, которые образуют класс диэлектриков. Их электрическая проводимость на 20—30 порядков ниже электрической проводимости металлов.

Читайте также:  Освещение экстерьера в 3д максе 2016

Известно большое число веществ, занимающих промежуточное положение между металлами и диэлектриками и относящихся к классу полупроводников. При очень низких температурах полупроводники не проводят электрический ток, т. е. являются типичными диэлектриками. Однако по мере роста температуры отмечается возрастание их электрической проводимости.

Любая теория твердого тела должна удовлетворительно объяснить наблюдающиеся огромные различия в электрической проводимости веществ, принадлежащих разным классам. К сожалению, ни теория ковалентной связи, рассматривающая электроны, принадлежащие лишь данной химической связи, как в ковалентных кристаллах, ни модель свободного электрона в металлах не в состоянии объяснить изменение электрической проводимости твердых тел больше чем на два порядка. С этой точки зрения применение в теории твердого тела квантово-механических представлений может быть весьма успешным.

Зонная теория кристаллов.

В модели свободного электрона волновое движение электрона может осуществляться по любому направлению и будет ограничиваться лишь размерами кристалла. Для простоты ограничимся одномерной задачей, рассматривая движение электрона лишь вдоль одной оси (одномерный

ящик). Решение уравнения Шредингера для такого свободного электрона дает следующее выражение для его энергии:

где — целое число; — постоянная Планка; — масса электрона; а — размеры кристалла в направлении характеристической оси (постоянная решетки).

Из формулы (III.4) видно, что с увеличением размеров кристалла разность энергий соседних уровней электрона будет уменьшаться. При большом числе энергетических уровней разность между ними будет настолько мала, что они образуют почти непрерывную зону энергий.

В процессе образования кристалла происходит перекрывание внешних электронных орбиталей атомов по аналогии с образованием химической связи в молекулах. В соответствии с методом при взаимодействии двух атомных орбиталей образуются две молекулярные орбитали: связывающая и разрыхляющая. При одновременном взаимодействии N микрочастиц образуется N молекулярных орбиталей. Величина N в кристаллах может достигать огромных значений (порядка 1023). Поэтому и число электронных орбиталей в твердом теле чрезвычайно велико. При этом разность между энергиями соседних орбиталей будет ничтожно мала. Так, в кристалле натрия разность энергетических уровней двух соседних орбиталей имеет порядок Дж. Таким образом, в кристалле металла образуется энергетическая зона с почти непрерывным распределением энергии, называемая зоной проводимости. Каждая орбиталь в этой зоне охватывает кристалл по всем его трем измерениям. Заполнение орбиталей зоны проводимости электронами происходит в соответствии с положениями квантовой механики. Так, из условий минимума энергии электроны будут последовательно заполнять все орбитали, начиная с наинизшей, причем на каждой орбитали в соответствии с запретом Паули может располагаться лишь два электрона с антипараллельными спинами. С повышением температуры за счет теплового возбуждения электроны будут последовательно перемещаться на более высокие энергетические уровни, передавая тепловую энергию с одного конца кристалла на другой и обеспечивая таким образом его теплопроводность.

Аналогично можно объяснить и действие приложенного к кристаллу электрического поля. Оно несколько изменяет относительные энергии орбиталей в зоне, понижая одни уровни и повышая другие (по отношению к силовым линиям поля). Это в свою очередь приводит к направленному переносу электронов на энергетически более выгодные орбитали, т. е. вызывает электронную проводимость кристалла.

С позиций квантовой механики орбиталь, занимаемая электроном, характеризует его полную энергию. Переходя с одного уровня на другой в зоне проводимости, электрон приобретает дополнительную энергию, за счет которой он ускоряется в силовом

поле. Какую же максимальную энергию способен приобрести электрон в твердом теле? Этот вопрос тесно связан с определением ширины энергетических зон в кристалле, т. е. разности энергий между самой высшей и самой низшей орбиталями в зоне.

Ширина энергетической зоны зависит от характера электронных орбиталей взаимодействующих атомов и -состояния), а также от глубины их перекрывания. Так, внутренние электронные орбитали атомов перекрываются довольно слабо. Поэтому образуемые ими зоны узки. Кроме того, такие зоны полностью или почти полностью заполнены электронами, так что их вклад в проводимость кристалла незначителен. Напротив, зоны, соответствующие валентным электронным состояниям, широки, хотя и в этом случае зоны, образованные d-орбнталямн, обычно значительно уже зон, сформированных р- и особенно -орбиталямн с тем же главным квантовым числом.

Количество взаимодействующих атомных орбиталей не влияет на ширину зоны, а определяет лишь плотность ее заполнения электронами. Ширина энергетических зон в твердых телах существенно зависит от внутренней структуры их кристаллов. Эта зависимость тесно связана с волновой природой движения электронов. Перемещаться по кристаллу способны лишь те электроны, длины волн которых не укладываются целое число раз между узлами кристаллической решетки. Электроны с длиной волны, равной где а — постоянная решетки, будут находиться в кристалле в условиях замкнутого отражения и не способны переносить энергию.

Таким образом, в кристаллах между энергетическими зонами, образованными взаимодействиями атомных орбиталей разного характера, могут возникать области запрещенных энергий, называемые запрещенными зонами. Теория, объясняющая свойства твердых тел на основании анализа строения и плотности заполнения электронами энергетических зон в их кристаллах, называется зонной теорией.

Металлы.

Рассмотрим в соответствии с положениями зонной теории энергетическую структуру металлов. На рис. II 1.5, а показано образование зон в кристалле натрия. Внутренние электронные орбитали атомов, в частности в кристалле натрия практически не перекрываются.

В зоне проводимости, образованной за счет взаимодействия З-орбиталей, N атомов натрия образуют такое же число энергетических уровней. Так как у каждого атома натрия имеется лишь по одному валентному электрону, при низких температурах в зоне проводимости будет заполнена только половина уровней. Большое число незанятых энергетических уровней в зоне приводит к высокой подвижности электронов и обеспечивает высокую электрическую проводимость металлического натрия. Аналогичное строение зоны проводимости имеют кристаллы и других элементов первой группы периодической системы элементов, причем ширина зоны проводимости максимальна у элементов побочной

Рис. III. 5. Возникновение энергетических зон кристалла из энергетических уровней атомов по мере их сближения: а натрий; б — алмаз

подгруппы: меди, серебра и золота, а у элементов главной подгруппы ширина зоны убывает с ростом их порядкового номера.

Итак, с точки зрения зонной теории металлические свойства проявляют те твердые тела, в кристаллах которых зона проводимости заполнена электронами лишь частично. При этом в переносе электричества будут участвовать не все электроны, находящиеся в зоне, а лишь те, для которых доступны незанятые орбитали с низкой энергией. Так, при нагревании металла тепловое возбуждение перемещает электроны с низкой энергией на более высокие энергетические уровни и тем самым ограничивает их возможность участвовать в переносе тока.

Читайте также:  Материал для углового дивана

В кристаллическом натрии происходит перекрывание зон, образованных 3s- и 3р-орбиталями. Для металлов первой группы это перекрывание не играет существенной роли, так как число свободных орбиталей в -зоне у них велико. Однако такое перекрывание s- и р-зон, наблюдаемое и для металлов второй группы периодической системы элементов, играет важную роль. Атомы этих элементов имеют по два валентных -электрона, следовательно, все орбитали в -зоне их кристаллов будут полностью заполнены. Лишь глубокое перекрывание зон, образованных -орбиталями их атомов, сообщает металлические свойства кристаллам этих элементов. Образование зон проводимости в кристаллах d-элементов обычно сопровождается значительным перекрыванием -зон, причем последние значительно уже зон, образованных -орбиталями. Это значит, что перекрывание d-орбиталей в таких кристаллах невелико. Поэтому целый ряд свойств d-элементов можно трактовать на основании модели

локализованных d-электронов. Последние придают металлической связи в кристаллах d-элементов частично ковалентный характер. Так, малую химическую активность металлов, расположенных близко к концам периодов, качественно можно объяснить значительной ролью, которую играют в их кристаллах направленные ковалентные связи. Поэтому d-элементы иногда называют переходными металлами в отличие от типичных металлов главных подгрупп.

Электрическая проводимость кристаллов d-элементов обеспечивается главным образом электронами внешних -орбиталей. В связи с этим электрическая проводимость переходных металлов ниже, чем у типичных металлов. Исключением являются металлы подгрупп меди и цинка, у которых d-орбитали полностью заполнены электронами и не перекрываются с внешними -зонами.

Диэлектрики и полупроводники.

Рассмотрим применение зонной теории к кристаллам с ковалентными связями. При формировании подобных кристаллов наружные электронные орбитали их атомов, взаимодействуя, также образуют энергетические зоны. Однако направленный характер ковалентных связей приводит к тому, что симметрия кристалла полностью изменяет характер волновых функций электронов взаимодействующих атомов.

У атомов подавляющего большинства элементов, образующих ковалентные кристаллы (углерод, кремний, германий, серое олово), во внешнем квантовом слое имеются четыре орбитали: одна и три При образовании кристалла из N атомов эти орбитали расщепляются, образуя две энергетические зоны по орбиталей в каждой, как это показано на рис. III.5,б для кристалла алмаза.

Из условий минимума энергии все валентные электроны атомов углерода заполняют нижнюю зону, а так как их число составляет 4, то эта зона (ее называют валентной) оказывается заполненной полностью. Зона же проводимости кристалла пуста. Для перехода в эту зону электронам необходимо сообщить энергию порядка 7 эВ Требуемая энергия превышает энергию связи в кристалле алмаза и не может быть реализована. Поэтому подобные вещества не проводят электрический ток и являются диэлектриками.

Если же ширина запрещенной зоны относительно невелика, то при сообщении твердому телу определенного количества энергии часть его электронов может переброситься из полностью заполненной валентной зоны в зону проводимости и принять участие в переносе тока. Подобные вещества называют собственными полупроводниками. Так, у типичных собственных полупроводников германия и кремния ширина запрещенной зоны при 0 К соответственно составляет 0,75 и 0,21 эВ (73 и 137 кДж/моль).

Особенность собственных полупроводников состоит в том, что при переходе части электронов в зону проводимости в валентной зоне появляется эквивалентное им число так называемых дырок,

имеющих положительный заряд, которые также могут участвовать в переносе тока. Собственные полупроводники имеют электронно-дырочную проводимость.

Наряду с собственными большое распространение получили также полупроводники примесного типа. В них основное число переносчиков тока — электронов или дырок — поставляют введенные в собственный полупроводник специальные примеси, энергетические уровни которых располагаются между валентными зонами и зонами проводимости полупроводника. Так, при введении в кристалл германия так называемых донорных примесей, как, например, фосфора, мышьяка, сурьмы, электроны последних переходят в зону проводимости полупроводника, резко увеличивая в ней число электронов — переносчиков тока (п-про-водимость). При добавлении к германию акцепторных примесей типа бора, алюминия, индия электроны валентной зоны полупроводника переходят на свободные уровни зоны примесей, что увеличивает число дырок (р-проводимость) в валентной зоне.

При 0 К полупроводники представляют собой типичные диэлектрики, так как их зона проводимости пуста. При нагревании их проводимость растет, так как все большее число электронов перебрасывается в зону проводимости. Температурная зависимость электрической проводимости полупроводников обратна аналогичной зависимости для металлов.

Большая часть ионных кристаллов относится к классу диэлектриков. Изучение проводимости этих кристаллов позволило установить основные черты их зонной структуры. Особенность ионных кристаллов состоит в том, что они образованы при взаимодействии атомов разных элементов, внешние электронные орбитали которых имеют неодинаковую энергию. Так как зона образуется взаимодействием близких по энергии орбиталей, в ионных кристаллах всегда имеется две раздельные внешние зоны с большей и меньшей средней энергией.

Как и в ковалентных кристаллах, валентные электроны взаимодействующих атомов полностью заполняют зону с более низкой энергией (валентная зона). Зона же проводимости, образованная внешними орбиталями второго атома, пуста, и переброс в нее электронов требует затраты энергии. В кристалле например, все 3р-электроны атомов хлора и -электроны атомов натрия заполняют зону с более низкой энергией, образованную взаимодействием 3р-орбиталей атомов хлора. Зона же, соответствующая -орбиталям атомов натрия (зона проводимости), оказывается незаполненной, причем ширина запрещенной зоны достигает 7 эВ. Электронная проводимость большинства ионных кристаллов примерно на двадцать порядков ниже, чем у металлов. Известен ряд ионных кристаллов, ширина запрещенной зоны у которых не так велика и составляет порядка 2—3 эВ, как, например, у кристаллов Такие вещества при повышенных температурах проявляют полупроводниковые свойства.

Наконец, все твердые вещества типа молекулярных кристаллов

принадлежат к классу диэлектриков. Перекрывание электронных орбиталей взаимодействующих частиц в их кристаллах ничтожно мало. В связи с этим состояние электронов у частиц, занимающих узлы пространственных решеток в таких кристаллах, мало отличается от состояний в соответствующих свободных атомах и молекулах.

Ссылка на основную публикацию
Чем отделать кромку столешницы
Главной задачей мебельной кромки является облицовка торцевых поверхностей ДСП, но так же она служит и элементом дизайна в готовой корпусной...
Чем лучше обшить гараж снаружи
В этом посте я расскажу о процессе утепления и обшивки гаража. Перво-наперво нужно определить, какие материалы будут использоваться в качестве...
Чем лучше оклеить кухню
Выбор материалов для отделки стен кухни всегда стоял остро. Но были времена, когда выбора их практически не было. Удавалось достать...
Чем отделать осб плиту снаружи
ОСБ (OSB) плиты или по-другому ОСП листы широко используются для возведения стен в домах, в частности в каркасном строительстве. Поэтому...
Adblock detector