ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрические свойства твердых тел из "Физико-химия полимеров 1963" Изоляторы (диэлектрики). Полупроводники. ... [c.274] Ионные (электролитические проводники. . [c.274] Особые свойства полупроводников в настояш,ее время удовлетворительно объясняются на основании так называемой зонной теории кристаллов. Однако современное состояние теории зон, не учитывающей взаимодействия между электронами, не позволяет еще дать исчерпывающий ответ на все вопросы физики твердого тела. [c.275] В изолированном атоме любого элемента электроны могут принимать только некоторые строго определенные значения энергии, поэтому на графике (рис. 112) энергетический спектр электрона можно представить серией линий, соответствующих разрешенным уровням энергии Ь, 2х и т. д. При переходе с одного уровня на другой электрон поглощает или испускает квант энергии, величина которого определяется расстоянием между этими уровнями. [c.275] При образовании кристалла атомы по мере сближения начинают взаимодействовать, вследствие чего энергетические уровни. электрона несколько смещаются друг относительно друга, точнее—каждый уровень расщепляется на несколько близко расположенных уровней, число которых равно числу атомов, участвующих во взаимодействии. Другими словами, под действием появляющегося в кристалле периодического потенциального поля из одноименных уровней многих отдельных атомов возникают общие для всего кристалла энергетические полосы или зоны—1з, 2в и т. д. [c.275] Зонная теория позволяет понять различие в механизме электропроводности металла и полупроводника. [c.276] В изоляторе (диэлектрике) и в собственно полупроводнике (т. е. в полупроводнике, не содержащем ионизующихся примесей) валентная зона заполнена целиком, и поэтому для протекания электрического тока необходимо, чтобы электроны попали в следующую зону, свободную от них (рис. 113, б и в). Между изолятором и собственно полупроводником не существует принципиальной разницы, и отличительным признаком (кроме различия в электропроводности) служит величина запрещенной зоны Дб о- Условно к полупроводникам относя.т вещества с шириной запрещенной зоны, не превышающей 2 эв. Для преодоления этого энергетического барьера электроны должны получить извне дополнительную энергию либо в виде тепла—термическая электропроводность, либо путем освещения вещества—фотопроводимость, либо под действием высокого электрического потенциала—пробой диэлектрика. [c.276] При достаточно низких температурах и в отсутствие света полупроводники ведут себя как изоляторы. По мере нагревания вещества все большее количество электронов приобретает энергию, необходимую для перехода через запрещенную зону в следующую разрешенную, называемую зоной проводимости. Большое число близко расположенных свободных уровней этой зоны позволяет электронам, попавшим в зону проводимости, включиться в процесс электропроводности и тем самым уменьшить электросопротивление вещества. С другой стороны, покидая заполненную нижнюю (валентную) зону, электроны оставляют в ней свободные энергетические уровни, называемые дырками. Появление в валентной зоне дырок создает возможность последовательного перехода на них электронов этой же зоны, что эквивалентно перемещению дырки в противоположном направлении, т е. возникновению в веществе так называемой дырочной проводимости. Таки.м образом, дырки ведут себя аналогично электронам (но только имеют положительный знак заряда). [c.277] Физический смысл перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости состоит в том, что электрон перестает быть связанным с каким-то одним атомом кристаллической решетки и получает возможность свободно передвигаться по кристаллу, а освободившийся уровень (дырка) также может свободно переходить от атома к атому. Как видно из рис. 113, б, в собственно полупроводнике число электронов проводимости равно числу дырок. [c.277] Если в веществе присутствуют способные к ионизации примеси, энергетические уровни которых располагаются в запрещенной зоне, то носители тока (электроны и дырки) могут возникать за счет электронных переходов между уровнями примеси и одной из резрешенных зон (рис. 114). В том случае, когда примесные атомы отдают электроны в зону проводимости (донорная примесь), возникает электронная проводимость такие полупроводники называются полупроводниками /г-типа. Если же примесные атомы захватывают электроны из валентной зоны (акцепторная примесь), то носителями тока оказываются дырки такие полупроводники называются полупроводниками р-типа. Концентрация примеси обычно невелика, и поэтому примесные атомы не взаимодействуют друг с другом и не могут участвовать в процессе электропроводности непосредственно путем перехода электронов между примесными уровнями. [c.277] В полупроводниках концентрация носителей тока колеблется в пределах Юш—101 (редко до 10 1) в 1 см , а подвижность—от нескольких единиц до десятков тысяч см 1в-сек. [c.278] Вернуться к основной статье