Зонная зона проводимости

Иначе говоря, полупроводники и диэлектрики отличаются от металлов тем, что валентная зона у них заполнена электронами, а ближайшая свободная зона (зона проводимости) отделена от валентной зоной запрещенных состояний. При этом ширина запрещенной зоны у полупроводников от десятых долей до 3 эВ, а у диэлектриков от 3 до 5 эВ (рис, 72). [c.265]

Рис. 8.17. Соотношения энергий между валентной зоной, зоной проводимости и уровнем Ферми а — в изолированных полупроводниках п- н р-типов б —в полупроводнике, содержащем сформированный р—л-переход.

Так как свойства вещества — механические, электрические, оптические, химические — определяются энергетическим состоянием валентных электронов, то в первую очередь нас интересует соответствующий участок энергетического спектра. Параметры последнего — значения ширины валентной, запрещенной зон, зоны проводимости и положение различных локализованных уровней — могут быть определены путем изучения оптических спектров, электропроводности и других свойств твердого вещества (см. гл. IX). Зная эти параметры, можно решать обратную задачу определять по ним неизвестные нам свойства вещества. Не случайно общепринятое деление твердых веществ на изоляторы, проводники, полуметаллы и металлы основывается на значениях ширины запрещенной зоны. Возьмем, например, ряд простых веществ алмаз, кремний, германий, олово, свинец. Каждое из этих вещёств по-своему замечательно и каждое используется как незаменимый материал, но в совершенно различных областях техники, а кремний и германии находят применение в полупроводниковой технике. Природа данных веществ изменяется скачками, как атомные номера соответствующих элементов. Скачками изменяется и ширина запрещенной зоны при переходе от одного аналога к другому. Для алмаза эта величина составляет 5,6 эВ. Это — изолятор, самое твердое из веществ. Для кремния она равна 1,21 эВ. Такой энергетический барьер уже много доступнее для валентных элек- тронов отсюда полупроводниковые свойства данного вещества. Ширина запрещенной зоны германия 0,78 эВ — он полупроводник с высокой подвижностью носителей тока — электронов и дырок. Наконец, серое олово по ширине запрещенной зоны, равной всего 0,08 эВ, занимает последнее место в данном ряду и относится скорее к металлам, чем к полупроводникам, а белое олово — настоящий металл. Так с изменением ширины запрещенной зоны закономерно изменяется природа твердого вещества. [c.105]

Действительно, для того чтобы участвовать в переносе тока, электрон должен получить некоторую дополнительную энергию от лектрического поля н перейти на более высокий (вакантный) уровень, где он может передвигаться (дрейфовать) в соответствии с приложенным полем. Однако если все уровни в зоне заняты, а следующая разрешенная зона (зона проводимости) с вакантными уровнями находится далеко, п энергия, необходимая для перевода электрона с верхнего уровня валентной зоны на нижний уровень зоны проводимости, значительно превосходит энергию поля, то ток через систему не может пойти, несмотря иа наличие свободных уровней. [c.136]

Если ширина запрещенной зоны невелика, то тепловое движение атомов может сообщить Некоторым электронам энергию, достаточную для перехода через запрещенную зону, тогда вещество имеет некоторую электропроводность — является полупроводником. Доля электронов, переходящих в свободную зону — зону проводимости, быстро возрастает с повышением температуры этим объясняется сильное возрастание электропроводности полупроводников при нагревании. [c.274]

В отличие от металлов, в неметаллических структурах электронами заполнены все возможные подуровни валентной зоны. Изменение состояния какого-либо электрона могло бы поэтому произойти только путем перевода его в следующую возможную зону ( зону проводимости ). Так как такой перевод обычно требует очень большой затраты энергии (например, около 6 эв для алмаза), он не происходит, что внешне выражается отсутствием у неметаллических структур хорошей электропроводности и других особенностей, характерных для металлов. [c.112]

Таким образом, в ионных веществах верхняя зона зона проводимости — оказывается полностью свободной, а нижняя — валентная — целиком занятой. Подобные вещества, как говорилось в предыдущем параграфе, являются изоляторами. Чем боль- [c.138]

Для возбуждения проводимости в полупроводнике необходимо к электрону, находящемуся в заполненной валентной зоне, подвести энергию, достаточную для преодоления зоны запрещенных состояний. Только при поглощении энергии не меньше, чем АЕ, 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 А , тем больше проводимость при [c.235]

Неметаллические структуры (рис. 26.4, в) отличаются от металлических, поскольку у образующих их атомов заполнены все подуровни валентной зоны, а увеличение запаса энергии электрона, достаточное для перехода его в следующую зону (зону проводимости), требует большой затраты энергии АЕ3. Например, для алмаза эта энергия составляет б эВ. Преодоление такого энергетического барьера в обычных условиях оказывается невозможным, в связи с чем неметаллы не обладают электронной проводимостью. [c.340]

Если наивысшая по энергии полностью заполненная зона отделена от наинизшей по энергии пустой зоны небольшой энергетической щелью, то некоторые электроны могут быть термически возбуждены из заполненной зоны в пустую. Наивысшую заполненную зону часто называют валентной зоной, а пустую зону — зоной проводимости, поскольку любые электроны, попадающие на нее, будут проводить электричество. [c.234]

При регулярном расположении атомов в цепочке или в кристалле электронные энергетические уровни образуют зоны, заполненные электронами в соответствии с принципом Паули. У проводников (металлов) свободная зона, зона проводимости, непосредственно примыкает к заполненной. У диэлектриков разность энергий заполненной и свободной зон весьма велика. Электронные полупроводники занимают промежуточное положение, у них расстояние между зонами имеет величину порядка тепловой энергии кТ, и, следовательно, нагревание может сообщать полупроводнику электронную проводимость. Ее зависимость от температуры выражается формулой [c.109]

Современные представления физики твердого тела позволяют разграничить катализаторы но их электронным свойствам. На рис. 4 показана схема электронных уровней металла. Нижняя часть сплошного энергетического спектра занята электронами. Над этой полосой занятых энергетических уровней расположена вплотную (без разрыва) зона свободных уровней, расстояние ф представляет энергию, требующуюся для удаления электрона из объема твердого тела, т. е. работу выхода электрона из металла. На рис. 5 представлена электронная схема полупроводника. Заполненная зона занята электронами, а на расстоянии А от нее расположена свободная зона (зона проводимости), в которой нет ни одного электрона. Для появления их в свободной зоне электроны из заполненной зоны должны приобрести дополнительную энергию А Е. [c.19]

В отличие от металлов, у полупроводников все уровни в валентной зоне целиком заполнены и электропроводность может осуществляться лишь при переходе электронов в возбужденную зону (зону проводимости). Для перехода электронов с энергетических уровней валентной зоны в зону проводимости должна быть преодолена запрещенная зона, ширина которой может быть различной. Запрещенная зона может быть настолько широка, что при комнатных температурах приложенная извне тепловая энергия или, например, энергия освещения окажется недостаточной для перехода электронов в зону проводимости в количествах, обеспечивающих электропроводность вещества в указанных выше пределах. Такие твердые тела являются диэлектриками к ним обычно относят вещества, у которых ширина запрещенной зоны превышает 2 эв. [c.62]

Основой при рассмотрении электрических и других свойств твердых веществ служат схемы энергетических уровней. Зонная теория уровней [134] широко использовалась не только для металлов, которые характеризуются некоторой не полностью заполненной зоной заметной ширины (порядка нескольких эв), но и для полупроводников и изоляторов, которые имеют нижнюю зону (валентную) и верхнюю зону (зону проводимости) (рис. 1). В почти совершенном изоляторе, будь то в твердом ионном соединении, таком, как хлористый натрий, или в ковалентном кристалле, как алмаз, или в молекулярном кристалле, как н-гексан, изолирующие свойства связаны с заполненной нижней зоной. Полупроводниковые свойства могут возникать при появлении положительных дырок в нижней зоне или электронов в зоне проводимости. Наряду с этими [c.661]

Очистка промышленных препаратов окислов переходных элементов обычно не превышает 99.9%, поэтому очень существенно для понимания свойств и выбора правильной модели знать валентное состояние примесей, положение их в решетке и способ компенсации их зарядов. Очевидно, что примесные центры создают какие-то энергетические уровни в запретной зоне. Вероятность образования того или иного центра определяется положением его энергетического уровня по отношению к валентной зоне, зоне проводимости и уровню Ферми. [c.10]

В случае ионного кристалла имеются некоторые интересные возможности. Большая часть возмущения, вносимого свободной поверхностью, связана с изменением электростатического окружения иона при переходе из внутренней части кристалла к поверхности. Если нормально заполненная валентная зона ассоциируется с анионами (как в случае галогенидов щелочных металлов и некоторых окисных полупроводников п-типа), то возмущение поверхности действует в направлении создания зоны поверхностных состояний с центром, лежащим над центром нормальной анионной зоны. Эта анионная поверхностная зона обычно оказывается совершенно заполненной. И наоборот, для нормально свободной катионной зоны (зона проводимости) возмущение поверхности действует в направлении создания поверхностной катионной зоны с центром, лежащим ниже обычной катионной зоны. Таким образом, поверхностная электронная структура характеризуется меньшим промежутком между заполненной и вакантной зонами, чем объемная структура. Следовательно, возможно появление собственной поверхностной полупроводниковой электропроводности или, если поверхностные анионная и катионная зоны перекрывают друг друга, то даже металлической поверхностной проводимости. Соответственно этому, гомеополярная связь должна быть более важна в поверхностной области. Очевидно, что эффекты такого рода важно учитывать в теории хемосорбции заметим, однако, что подобная простая картина анионной и катионной зон не подходит для окислов переходных металлов. [c.386]

Достаточно чистый полупроводник, в котором примеси при определенной температуре уже ионизированы, для участия в проводимости должен вовлечь в этот процесс собственные электроны, т. е. электроны, которые осуществляют химическую связь между атомами полупроводникового вещества. Для этого электроны нужно возбудить, затратив определенную для каждого полупроводника энергию, которая и является энергией активации собственной проводимости и по величине соответствует ширине запрещенной зоны. Последний термин связан с энергетическим спектром полупроводника, в котором различают наивысшую из энергетических зон, заполненных при низкой температуре,— валентную зону и следующую за ней разрешенную зону — зону проводимости. Расстояние между ними и называется шириной запрещенной зоны. Несомненно, эта величина зависит от энергии химической связи и ее специфики. [c.59]

Перемещение электронов в незаполненной зоне (зоне проводимости) происходит свободно и при отсутствии внешнего поля—хаотически. Это движение играет основную роль в процессе рекомбинационного свечения. При наложении электрического поля движение электронов в полосе проводимости получает некоторую направленность, что ведёт к появлению тока. [c.330]

Графики этих кривых вдоль направлений ГК, ГМ и МК представлены на рис. 1.50, а. Кривая 1 закона дисперсии е (к) соответствует связывающей зоне валентной зоне), кривая 2 е к) — разрыхляющей зоне зоне проводимости) графита. Пересечение в точке К дисперсионных кривых е +>(к) и е к) означает отсутствие запрещенной зоны (А = 0), что согласуется с экспериментально наблюдаемым для графита металлическим типом проводимости и характерной для него черной окраской. [c.71]

Проводимость графита уменьшается с повышением температуры, что характерно для металлов в отличие от полупроводников. Подсчитано, что при комнатной температуре в верхней зоне, зоне проводимости, имеется 10" —10"5 электронов на атом. Электропроводность графита в соответствии со сказанным в предыдущих главах можно объяснить тем, что атомные рг-орбита-ли перекрываются и образуют полностью делокализованную систему молекулярных орбиталей, в связи с чем становится возможным передвижение электронов по всему кристаллу. Присутствие примесей может изменить зонную структуру графита так же, как и любого другого материала, и в результате изменить его проводимость. [c.136]

Мы рассматривали электрическую проводимость кристаллов в основном состоянии, когда заполнены электронами самые низйие энергетические уровни. Однако кристалл всегда находится в возбужденном состоянии. Дело в том, что при температуре, отличной от абсолютного нуля, в кристаллической решетке всегда имеются тепловые колебаний, характеризующиеся определенной энергией. Если ширина запрещенной зоны невелика, часть этой.энергии может передаваться некоторым электронам, которые переходят в свободную зону. При этом в прежде заполненной валентной зоне образуются свободные энергетические уровни, а в бывшей свободной зоне таких уровней много. При таких ус-.ловиях возможно ускорение движения электронов, как тех, которые остались в валентной зоне, так и тех, которые перешли в свободную зону (зона проводимости). Такая ситуа-. ция характерна для полупроводников. [c.171]

Не вдаваясь в подробности строения зон, подчеркнем, что полупроводники и диэлектрики отличаются от металлов тем, что валентная зона у них при Т 0° К всегда полностью заполнена электронами, а ближайитя свободная зона (зона проводимости) отделена от валентной зоной запрещенных состояний Ширина запрещенной зоны АБ у полупроводников — от десятых долей электрон-вольт до 3 эв (условно), а у диэлектриков — от 3 до 5 эв (условно) Если между полупроводниками и диэлектриками имеется 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. 71, а). [c.235]

Дискретным уровням атома в твердом теле соответствует всегда дискретная система разрешенных зон, разделенных запрещенными зонами. Если электроны образуют в атомах или моле1<улах законченную группу, то прн образовании из них твердого или жидкого вешества созда ются зоны с полностью заполненными уровнями, поэте му такие вещества при абсолютном нуле имеют свойства изоляторов. Сюда относятся решетки благородных газов, молекулярные и ионные решетки соединений с насыщенными связями. В решетках алмаза, кремния, германия, а-олова, соединений тяпа А" В , А В , Si каждый атом связан единичными ковалентными связями с четырьмя ближайпгими соседними, так что вокруг него образуется законченная группа электронов s p и валентная зона оказывается заполненной. Необходимо подчеркнуть, что полупроводники и диэлектрики отличаются от Металлов тем, что валентная зона у них при Гл О К всегда полностью заполнена электронами, а ближайшая свободная зона (зона проводимости) отделена от валентной зоной запрещенных состояний. Ширина запрещенной зоны АЕ у полупроводников — от десятых долей до 3 эВ (условно), а у диэлектриков — то 3 до 5 эВ (условно). Если между полупроводниками и диэлектриками имеется 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. 71, а). [c.292]

Для возбуждекия проводимости в полупроводнике необходимо к электрону, находящемуся в заполненной валентной зоне, подвести энергию, достаточную для преодоления зоны запрещенных состояний. Только при поглощении энергии ие меньше чем Д электрон будет переброшен из верхнего края валентной зоны в свободную зону (зону проводимости). Если этот энергетический порог нредолен, то чистый (собственно) полупроводник [c.293]

Электрич. проводимость а Т. т. определяется в первую очередь характером заполнения электронами энергетич. зон (см. рис.). Т. т. с металлич. типом хим. связи (металлы) характеризуются высокой степенью обобществления валентных электронов (электронов проводимости), перекрыванием разрешенных энергетич. зон и частичным заполнением разрешенных зон электронами. Такие Т. т. являются хорошими проводниками. Б отличие от них полупроводники и диэлектрики при Г= О К имеют полностью заполненные лргбо пустые, неперекрывающиеся, разрешенные зоны. Для диэлектриков характерны большие значения ширины запрещенной зоны АЕ между валентной (заполненной) и незаполненной зоной (зоной проводимости), вследствие чего в обычных условиях они практически не содержат своб. электронов и ие проводят электрич. ток. Полупроводники, Гринщшиально не отличаясь от диэлектриков по зонному [c.502]

А — чистый Б — модифицированный 1 — упоря-доче.чн.ая структура II—дефектная структура валентная зона зона проводимости [c.178]

Зона, в которой находятся валентные электроны, называется еалгнгкой, а вакантная зона (находящаяся над валентной зоной)—зоной проводимости. В кристалле натрня валентной зоной является 3 -зона, а зоной проводимости — Зр-зона. [c.148]

Вещества, в которых при Т = 0°К верхняя из за-голненных электронами энергетических зон (валентная зона) и нижняя из незаполненных электронами энергетических зон (зона проводимости) не перекрываются, являются полупроводниками или диэлектриками. Граница между ними весьма условна — в полупроводниках энергетический зазор между зоной проводимости и валентной зоной не очень велик, что приводит к появлению в зонах заметного числа свободных носителей заряда при Т > 0 К. [c.341]

Эта электропроводность обусловлена наличием дефектов в кристалле. Всякое локальное нарушение периодической структуры решётки приводит к появлению в зонной схеме дискретных электронных уровней (Вильсон). Эти дискретные (локальные) уровни в общем случае располагаются между потолком Гюследней заполненной (валентной зоны) и дном первой пустой зоны (зоны проводимости). Допустим, что при низких температурах локальнее уровни заполнены, [c.119]

Если запретная зопа в данном Т. т., отделяющая аону основных энергетич. уровней электронов от ближайших зон, обладающих возможными для электрона значениями энергии, не очень широка и составляет —1,5 эв, то в результате соответствующего внешнего воздействия электрон может перескочить в эту новую зону и стать свободным . Таким внешним воздействием может явиться поглощение электроном фотона прп облучении, если АЕ (где АЕ— ширина запрещенной зоны), или тепловое движение частиц, всегда имеющее место в Т, т. при темп-рах, отличных от абсолютного нуля. Хотя при комнатной темп-ре средняя энергия теплового движения составляет лишь ок. 0,03 эв, тем не менее активация в результате теплового движения возможна в результате флуктуациопных всплесков энергии, передаваемой решеткой электрону. В чистых полупроводниках с шириной запрещенной зоны до 1,5 эв имеет место именно такой механизм переброски электронов в близлежащую не занятую зону (зону проводимости), т. е. на более высокий энергетич. уровень, где электрон становится свободным . Этим объясняется, в частности, наиболее характерное свойство электронных [c.22]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология