Зона валентная проводимости

В идеальном кристалле полупроводника (в отсутствие примесей) уровень Ферми расположен примерно посредине между зонами валентной и проводимости (уровень е,, на рис. 112, а). При наличии донорной примеси (имеющей лишние электроны) уровень Ферми по- [c.454]

Рис. 38. Относительные размеры энергетических зон — валентной (В), запрещенной (3) и проводимости (П) — в кристаллах диэлектриков (а), полупроводников (б) и металлов (в)

Зона проводимости Запрещенная зона Валентная зона [c.131]

Лекция 47. Энергетические зоны в кристаллах. Распределения электронов по зонам. Валентная зона и зона проводимости. Металлы, диэлектрики. Собственная и примесная проводимость полупровод-ников. [c.167]

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 (680 кДж/моль). Требуемая энергия превышает энергию связи в кристалле алмаза и не может быть реализована. Поэтому подобные вещества не проводят электрический ток и являются диэлектриками. [c.76]

Различие в проводимости твердых веществ хорошо объясняется на основе зонной теории проводимости. Согласно этой теории энергетический уровень атома твердого кристаллического тела представляется разделенным на зоны (рис. 14). Зоной проводимости называется зона энергетических уровней, которыми обладают свободные (возбужденные) электроны. Зоны уровней, в которых находятся обладающие наибольшей энергией, т. е. валентные, электроны, называются валентными зонами. Эти зоны могут быть разделены промежуточными уровнями энергии, в которых электроны находиться не могут. [c.14]

На основе зонной теории легко объяснима электропроводность твердого тела. Чем, например, объясняется электропроводность лития и других щелочных металлов У них валентная зона занята только наполовину, так как N атомов имеют N валентных электронов (по одному я-электрону на атом), а число мест в 5-зоне 2 N. Незаполнен-ность верхней (валентной) зоны порождает электронную проводимость, характерную для металла. Действительно, под влиянием электрического поля валентные электроны должны начать движение к положительному полюсу, т. е. приобретать дополнительную энергию. Такое наращивание этой энергии очень малыми порциями (почти непрерывное) возможно, если в зоне валентных состояний есть уровни, свободные от электронов. Если зона валентных состояний полностью заполнена электронами, то проводимость должна отсутствовать, т. е. тело должно иметь свойства диэлектрика. В полностью заполненной зоне электроны не могут наращивать энергию малыми порциями, так как принцип Паули запрещает переходы внутри заполненной зоны. [c.234]

В настоящее время различия в электрической проводимости металлов, полупроводников и изоляторов объясняют на основе квантовой теории строения кристаллических веществ или так называемой теории энергетических зон. Сущность ее состоит в следующем. Электроны ближайших к ядру энергетических уровней атомов полностью насыщают эти уровни, находятся в устойчивых состояниях и образуют так называемую заполненную валентную зону. Электрическая проводимость и теплопроводность вещества не связаны с электронами этой зоны. В электрической проводимости могут участвовать только электроны ненасыщенных энергетических уровней. При этом полосы основных и возбужденных (периферических) энергетических уровней разделяются промежуточными свободными полосами, которые не имеют возможных для электрона квантовых состояний. Эту энергетическую зону, промежуточную между зонами основных и возбужденных уровней, называют запрещенной зоной. [c.265]

Зонная теория объясняет полупроводниковые св-ва твердых тел на основе одноэлектронного приближения и распределения электронных энергетич. уровней в виде разрешенных и запрещенных зон (см. Твердое тело). Энергетич. уровни электронов, участвующих в ковалентной связи, образуют верхнюю из заполненных разрешенных зон (валентную зону). Следующая по энергии разрешенная зона, уровни к-рой не заполнены электронами,-зона проводимости. Энергетич. интервал между дном (минимумом энергии) зоны проводимости и потолком Еу [c.56]

Направленное движение электронов (электрический ток) связано с переходом электронов из одних квантовых состояний в другие, для чего требуются вакансии в зоне. Электроны целиком заполненных зон в проводимости не участвуют. Если в непосредственной близости границы имеются свободные состояния (рис. 30, а), то переход электронов с энергией, близкой к Е , через эту границу наблюдается уже при очень малых воздействиях на систему. Кристалл при Т = О обладает хорошей электропроводностью, т. е. обнаруживает свойства металла. Электропроводность кристалла при Т = О равна нулю, если валентная зона полностью занята и отделена зоной разрыва от следующей, более высокой, разрешенной зоны. Проводимость появляется лишь при Т > О, когда часть электронов, расположенных вблизи верхнего края [c.210]

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]

Иначе обстоит дело, когда электрон находится в незаполненной или частично заполненной зоне. Приложение электрического поля вызовет в этом случае направленное перемещение электронов вдоль зоны, т. е. будет наблюдаться электрическая проводимость. Именно наличие частично заполненной зоны в металлах делает их проводниками. Благодаря тому, что электрон, находящийся в незаполненной зоне, способен перемещаться под действием электрического поля, эту зону принято называть зоной проводимости, заполненную зону — валентной зоной. [c.66]

Подвижность квазисвободных электронов и дырок. Рассмотрим сначала кристаллы с широкими зоной проводимости и валентной зоной, в которых движение электронов проводимости и дырок происходит по туннельному механизму и не связано с затратами энергии активации. В зонной теории в приближении широких зон электроны проводимости и дырки описываются как [c.189]

Некристаллические твердые тела, в большинстве неметаллические и неэлектропроводящие, приобретают электронную проводимость при введении в них компонентов (оксиды -элементов), способствующих появлению электронных уровней в пределах запрещенной зоны для непроводящих оксидов. Другой путь придания электронной проводимости — введение добавок, способствующих уменьшению значения А . Этот способ используют для придания проводимости элементным полупроводникам IV и V групп и халькогенидным стеклам. Наиболее высокая проводимость (электронная) характерна для металлических стекол. Для них АЕ=0, т. е. зоны валентности и проводимости перекрываются. Перенос заряда в них проходит так же, как и в расплавах металлов. [c.166]

Только в решетке типа флюорита имеются простран-ственно-геометрические условия, позволяющие более крупным анионам при наложении поля иметь значительную подвижность. Кроме того, для указанных электролитов характерно наличие дефектов в анионной подре--щетке (ири полностью заполненной катионной) и большого разрыва энергии между зонами валентности и проводимости электронов. Иными словами, в этих электролитах имеются все необходимые условия для возникновения чисто-анионной проводимости. [c.214]

В дополнение к проводимости, создаваемой термически возбужденными электронами в зоне проводимости, существует также проводимость, обусловленная вакансиями в валентной зоне. Говорят, что зона проводимости дает проводимость п-типа (п соответствует отрицательным электронам), а валентная зона дает проводимость р-типа (р соответствует положительной дырке). Конечно, оба типа проводимости обусловлены движением электронов вдоль электростатического поля. [c.235]

Согласно зонной теории проводимости носителями электрического тока в твердых телах являются электроны зоны проводимости. Уровень энергии электрона в этой зоне выше, чем в валентной. У хороших проводников тока (металлы и металлоподобные соединения) переход электрона из валентной зоны в зону проводимости происходит почти без затрат энергии. Эти зоны характеризуются непрерывным уровнем энергии. Так, для Na энергия активации чрезвычайно мала (10 эВ). [c.91]

Электрические свойства твердого тела, согласно данным физики, определяются системой электронных уровней и подвижностью ионов решетки. Последняя обусловливает ионную проводимость, которая сопровождается электролизом. Чаще носителями тока являются электроны, потенциальная энергия которых в твердом теле зависит от химической природы тела и от температуры. В твердых телах потенциальная энергия электронов U распределена по двум зонам а) по зоне валентных электронов, закрепленных у определенных атомов решетки б) по зоне сво1бод-ных электронов проводимости. У металлов эти две зоны примыкают непосредственно друг к другу, причем иижний уровень зоны проводимости располагается ниже уровня Ферми — границы химического потенциала электронов (рис. 2 и 3). [c.211]

Образование связи в металлах ведет к появлению частично заполненных валентных оболочек. Зона незанятых электронных уровней непосредственно примыкает к валентной зоне, и металлы не имеют запрещенной зоны. Благодаря незанятым электронным уровням электроны могут свободно перемещаться в металле. Лучшими проводниками тока являются поэтому одновалентные металлы — золото, серебро, медь. В изоляторах ширина запрещенной зоны, наоборот, очень велика вся валентная зона заполнена, а зона уровней проводимости расположена слишком далеко от нее. [c.46]

Полупроводники имеют величину удельной проводимости при обычной температуре от 10 до Ом -см Ч Движение электронов может быть обусловлено тепловой флуктуацией (п-проводи-мость) или перемещением связанных ковалентных электронов по вакантным местам (дыркам) валентной зоны (р-проводимость). [c.50]

В книге изложены основы химии полупроводников, включая представления о зонах валентной, проводимости, природе химической связи, нарушении стехиометрического состава и фазовых свойствах полупроводников, а также физико-химический анализ полупроводниковых систем. Описаны методы получения поли- и монокристаллов полупроводниковых материалов, их химические, физико-химические, зласгрические и оптические свойства. Наряду с элементарными по гу-проводш1ками (германием, кремнием и др.) подробно исследуются многочисленные бинарные полупроводниковые соединения, а такж некристаллические полупроводники (стеклообразные и жидкие). 05-суждены современные методы очистки и контроля чистоты полупроводниковых материалов, а также рассмотрены- процессы травления полупроводников. [c.2]

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 ЫаС1, например, все Зр-электро-ны атомов хлора и Зз-электроны атомов натрия заполняют зону с более низкой энергией, образованную взаимодействием Зр-орбиталей атомов хлора. Зона же, соответствующая Зз-орби-талям 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 СигО. Такие вещества при высоких температурах проявляют полупроводниковые свойства. [c.86]

Осн. особенности кристаллич. П. объясняются в рамках зонной теории тв. тела наличием запрещенной зоны (щели) в энергетич. спектре электронов. Ее ширина Ед у разных П. колеблется в пределах от неск. десятых долей до неск. эВ. Запрещенная зона разделяет заполненную электронами (валентную) зону от расположенной выше нее свободной зоны (поиы проводимости). При абс. нуле все энергетич. уровни в валентной зоне заняты электронами при Т > О происходит тепловой -8заброс части электронов валентной зоны в зону проводимости. В валентной зоне при этом возникают положительно заряж. дырки, к-рые наряду с электронами могут принимать участие в электропроводности. [c.472]

Рис. 2.12. Энергии примесных уровней антисайта Nq, для его положений в решетке нитрида галлия и заряда 1,2 — нейтральное 3—5 — зарядовые состояния -1, -2 и -Зс, соответственно. Позиии Nq, 1 — в узле катионной решетки 2—4 — в реконструированном состоянии сдвиг вдоль [111] с достижением минимума энергии системы, см. рис, 2.11. ВЗ, ЗП — границы зон валентной и проводимости

Обозначено равновесное межатомное расстояние гц. Масштаб по вертикальной оси произвольный. Слева —схема, поясняющая модель зонной структуры. Л —диэлектрики Б —собственные полупроводники В —примесные полупроводники Г—металлические проводники. J —зона проводимости 3—валентная зона Л —зоны, обусловленные примесими 4—Зр-зоий (зона проводимости) 5 — Зз-зона (валентная зона). [c.135]

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]

Следует отметить, что в последнее время некоторыми авторами [233, 234] для объяснения люминесценции типичных фосфоров предложена схема, которая совершенно аналогична схеме (рис. 58), впервые предложенной автором для интерпретации явлений люминесценции чистых щелочно-галоидных кристаллов. Так, Ламбе и Клик [233] в отличие от общепринятой точки зрения, согласно которой в типичных фосфорах (активированные сернистые соединения цинка и кадмия) люминесценция возникает в результате рекомбинации свободных электронов с ионизованными центрами свечения, полагают, что акт излучения происходит в результате рекомбинации свободной положительной дырки с локализованным электроном. При этом предполагается, что электронные уровни захвата обусловлены активирующей примесью, а дырочные уровни захвата присущи основанию фосфора. Именно поэтому спектр свечения определяется активирующей примесью. По модели Ламбе и Клика механизм явления в целом сводится к следующему. В результате возбуждения в валентной зоне возникают свободные положительные дырки, а в верхней зоне — электроны проводимости. Последние захватываются локальными уровнями, обусловленными активатором, а положительные дырки локализуются на дырочных уровнях захвата. По мере освобождения положительных дырок они рекомбинируют с локализованными электронами с испусканием света. Ламбе и Клик приводят ряд экспериментальных данных, подтверждающих эту схему. [c.142]

Из расплавов иодидов Ьа, Се, Рг и Gd, содержащих соответствующий металл, можно получить твердые соединения состава МТа 118). Однако они не содержат ионов М + и по своей природе напоминают металлы. На примере ЬаГд было показано, что это вещество можно рассматривать как Ьа (Р)2е с неспаренным валентным электроном, находящимся в зоне металлической проводимости. Эта зона образуется, вероятно, за счет перекрывания орбиталей металла с орбиталями иодида. Таким образом, эти вещества напоминают моносульфиды (например, золотисто-желтый Ьа5) и ацетилиды, которые тоже можно представить формулами М +(5 )е и М + (С 2")е, так как они обладают металлической проводилюстью. Однако Gd, по-видимому, образует хлорид Gd ll,8, который, вероятно, содержит некоторое количество восстановленного Gd. Имеются указания на то, что ионы Се + и Рг + могут встречаться в чужеродных решетках. О существовании низших состояний 5с в расплавах 5с—5сС1з нет никаких сведений [191. [c.522]

Вследствие перекрывания электронных оболочек соседних атомов кристаллической решетки энергетическ1 й сие тр твердых тел непрерывен. В нем можно выделить две энергетические зоны валентную зону, соответствующую связанными электронам, и зону проводимости, в которой находятся свободные электроны, способные перемещаться под действием электрического поля. В зависимости от взаимного расположения энергетических зон и заполненности их электронами твердые тела подразделяются на металлы, полупроводники и диэлектрики. [c.14]

Энергетический спектр полупроводников характеризуется наличием двух разрешенных зон валентной зоны и зоны проводимости, разделенных между собой энергетической щелью (запрещенной зоной), и в этом смысле аналогичен спектру диэлектриков (рис. 1.3). В отличие от диэлектриков, однако, энергетическая щель в полупроводниках настолько узка, что при температурах протека тня химических реакций часть электронов валентной зоны обладает достаточной энергией для перехода в зону проводимости. Тем самым носледпяя оказывается частично, хотя и в небольшой степени, заполненной. Одновременно с этим в валентной зоне образуются вакантные состояния — дырки . Вероятность заполнения зоны проводимости электронами подчиняется статистике Ферми — Дирака [c.30]

Установлено, что для компактных образцов и слоев значения ДЕ равны соответственно 1,4 и 1,1 эВ. В кристаллах отмечено перекрывание зон валентности и проводимости (/"2=315 пм) в аморфном мышьяке Г2=378 пм, т. е. эти значения А типичны для изолятора и полупроводника. Проводимость компактных образцов у=Ю См/м, что на 13 порядков ниже, чем у металла. При 4,2 К в спектрах ЭПР аморфного мышьяка практически не обнаружено разрывов гомосвязей (всего 10 мкм ), и даже при 300 К их число возрастает лишь на 2 порядка. [c.214]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология