Проводимость твердых тел

ЧИСЛО возможных уровней в зоне ровно в два раза больше, чем число электронов, вследствие чего она является зоной проводимости. Этим объясняется также высокая электрическая проводимость этих металлов. Существует несколько основных типов взаимного расположения энергетических зон (рис. А.62), соответствующих изолятору, одновалентному металлу, двухвалентному металлу, полупроводнику с собственной проводимостью, примесному полупроводнику и-типа и примесному полупроводнику р-типа. Соотношение энергетических зон (рис. А.62) определяет также тип проводимости твердого тела. [c.142]

Таким образом, удельная проводимость твердого тела равна произведению следующих величин заряда электрона, концентрации носителей заряда и их подвижности. Известно, что удельная проводимость полупроводников меньше удельной проводимости металлов. Из равенства (88) видно, что у полупроводников должна быть либо меньшая концентрация носителей п, либо мала их подвижность и. Для определения концентрации носителей заряда существует несколько методов, но наиболее широкое распространение получил метод, основанный на эффекте Холла. [c.122]

Впервые вопрос о причинах ионной проводимости твердых тел был рассмотрен И. Я. Френкелем (1926). Френкель предположил, что вследствие тепловых флуктуаций ионы могут приобрести энергию, достаточную для того, чтобы покинуть нормальные положения в узлах решетки и перейти ( испариться ) в межузельные положения. Межузельные [c.95]

Собственная ионная проводимость твердых тел указывает на наличие дефектов в их кристаллической структуре. В самом деле, если бы кристалл был строго идеальным, то перенос ионов через него был бы возможен лишь за счет обмена местами между катионом и анионом решетки. Однако расчет показывает, что такой обмен чрезвычайно мало вероятен, так как требует больших затрат энергии. [c.95]

Зонная теория позволяет охватить все типы электронной проводимости твердых тел. Мы видели (см. 4 этой главы), что изоляторы в отличие от металлов имеют полностью заполненную низшую зону. Изоляторы имеют удельное сопротивление порядка 10 —10 , а металлы порядка 10 —10" Ом-см. [c.516]

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. [c.72]

На основе зонной теории легко объяснима электрическая проводимость твердого тела. Например, электрическая проводимость лития и других щелочных металлов объясняется тем, что у них валентная зона занята только наполовину, так как N атомов имеют N валентных электронов (по одному -электрону на атом), а число мест в -зоне 2М. Незаполненность 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.291]

Полу проводимость твердых тел, возникающая вследствие заселенности электронами незаполненной зоны, отделенной от полностью заполненной зоны энергетическим барьером порядка кТ при комнатной температуре (разд. 19.23). Проводимость полупроводников экспоненциально возрастает с температурой. [c.343]

Ввиду того что твердый катализатор или стенка осуществляет валентное взаимодействие с реагентами посредством обобщенных электронов проводимости и дырок, проводимость твердого тела играет решающую роль в гетерогенном катализе. Но, вследствие очень высокой энергии активации, необходимой для перехода электронов или дырок от одного иона к другому, полупроводники при стехиометрическом составе обладают такой же низкой проводимостью, как изоляторы (Гарнер [35]). Увеличение проводимости и, следовательно, повышение каталитической активности достигается путем создания дефектов либо в виде ионов, находящихся в междоузлиях, либо в виде вакантных узлов решетки, либо путем введения посторонних ионов другой валентности, одним словом, отклонением от стехиометрического состава. Почти все аспекты теории катализатора, охарактеризованные в гл. X (теория пересыщения, теория модифицирования, статистическая теория, электронная теория), приводят к одному и тому же принципиальному выводу о параллелизме между каталитической активностью и нерегулярностью состава и строения. Иначе говоря, твердое вещество тогда становится катализатором, когда превращается в бертоллид. [c.385]

ХОД электронов является локализованным процессом и не обязательно влияет на уровни проводимости твердого тела в целом. [c.97]

Концентрации электронных носителей в зависимости от температуры и состава кристаллов были вычислены в гл. 4 для полупроводников и в гл. 5 для нестехиометрических ионных кристаллов. Поэтому в данном разделе задача описания электронной проводимости твердых тел сводится к определению подвижности электронных носителей. [c.189]

Точечные дефекты и ассоциация в кристаллах играют важную роль в теории твердого тела и объяснении электрических явлений в полупроводниках, проводимости твердых тел, фазовых превращений, оптических свойств, химической связи в кристаллах. [c.116]

Согласно обычным представлениям, при анионной хемосорбции инородный атом принимает электрон от примесного уровня. Следовательно, эта хемосорбция истощающая (деплетивная), так как покрытие поверхности зависит от концентрации примесных уровней в твердом теле. Электропроводность, конечно, в данном случае уменьщается. Мы считаем, что взаимодействие здесь осуществляется между орбитой инородного атома и зоной проводимости твердого тела. Такое положение обнаруживается в областях и на рис. 7 при условии, что уровень лежит ниже примесных уровней. На каждый адсорбированный атом с примесного уровня удаляется по одному электрону, и если уровень анионный, то инородный атом превращается на поверхности в анион. [c.412]

Обычно катионная хемосорбция протекает так, что инородный атом отдает электрон в зону проводимости твердого тела. Она носит кумулятивный характер, и электропроводность твердого тела повышается. Если предположить, что во взаимодействии участвует зона проводимости, то этот тип хемосорбции осуществляется, например, в запрещенной области на рис. 7. Избыточный электрон, который вносится в систему инородным атомом, не локализован, амплитуда его волновой функции на инородном атоме крайне мала и распределение заряда соответствует присутствию катиона на поверхности. [c.413]

Показано [107], что проводимость твердых тел влияет на релаксацию заряда. При этом время релаксации заряда определяется по уравнению (10). Задаваясь различными значениями у, можно вычислить время релаксации заряда. На рис. 5 показана такая зависимость в логарифмических координатах. [c.28]

Показано [3], что проводимость твердых тел влияет на релаксацию заряда. При этом время релаксации заряда определяется по уравнению [c.6]

Из рис. 1 видно, что по мере снижения работы выхода электрона каталитическая активность растет вследствие снижения энергии активации реакции. Это означает, что лимитирующая стадия данного процесса включает взаимодействие с электроном проводимости твердого тела. [c.73]

Результаты могут быть объяснены тем, что реакции адсорбированных радикалов О2 с СО и ЗОа требуют для своего протекания участия электронов проводимости твердого тела. Действительно, мы пе наблюдали спектров ЭПР адсорбированных радикалов С07 и 80, поэтому при реакциях, по-видимому, образовывались адсорбированные диамагнитные частицы СО3 и ЗО [c.82]

Зонная теория позволяет охватить все типы электронной проводимости твердых тел. Мы видели ( 4 этой главы), что изоляторы в отличие от металлов имеют полностью заполненную низшую зону. [c.496]

Впервые вопрос о причинах ионной проводимости твердых тел был рассмотрен Я. И. Френкелем (1926). Он предположил, что вследствие тепловых флуктуаций ионы могут приобрести энергию, достаточную для того, чтобы покинуть нормальные положения в узлах решетки и перейти ( испариться ) в межузельные положения. Межузельные ионы способны перескакивать из одного межузельного положения в другое. Оставшиеся вакантными узлы решетки также совершают перескоки, поскольку соседние ионы могут занимать эти вакансии, освобождая узлы решетки. В ходе перемещений межузельные ионы и вакансии могут встречаться и рекомбинировать. При наложении на кристалл электрического поля межузельные ионы чаще перескакивают в направлении поля, чем в обратном направлении, т. е. через кристалл протекает ток. Число межузельных ионов увеличивается с температурой. Межузельные ионы легче образуются в решетках с большими пустотами, а ионы малого размера легче переходят в межузельные положения, чем большие ионы. Комбинация вакансии и иона в межузлии называется дефектом по Френкелю. Концентрация этих дефектов пропорциональна ехр (—Egj2kT), где Eg — энергия, -необходимая для перевода иона из узла решетки в межузлие. Классическим примером соединения с дефектами по Френкелю может служить хлорид серебра. Сравнительно небольшие по размеру ионы серебра переходят в межузельные положения и обусловливают чисто катионную проводимость кристаллов Ag l. [c.106]

У полупроводников заполненная электронами валентаая зона и зона проводимости не перекрываются, но близки по энергии. Например, ширина запрещенной зоны для 81 или Ое составляет величину порядка 1,60-10 Дж (1 эВ). При наложении электрического пол , повышении температуры или под действием других факторов электроны в валентной зоне возбуждаются (энергия их возрастает) и они переходят через запрещенную зону в зону проводимости. При этом освобождаются энергетические уровни валентной зоны с более высокой энергией, а проводимость твердых тел возрастает. Освобожденные энергетические уровни могут быть заняты электронами валентной зоны, находящимися на энергетических уровнях с более низкой энергией. Эти электроны таким образом участвуют в проводимости. [c.132]

Миогочисленные исследования электронных свойств твердых катализаторов показали, что электроны, принадлежащие разным ионам, могут быть обобществлены (зонная модель). Передвижение электрона по решетке обусловливает проводимость твердого тела. В полупроводниках электрон перескакивает из валентной зоны или с энергетического уровня примеси, в1веденной в полупроводник, в зону проводимо сти. Создание разнообразных дефв1К-тов в решетке способствует образованию не одиночных энергетических уровней, а узких зон, в которых транспортирование электрона облегчено. [c.147]

В случае окислов / -типа (например, СнаО) такая необратимая адсорбция СО, согласно излон енной в гл. 5 (см. разд. 5.2.4.1 и 5.3.2.2) теории, вызывает уменьшение числа положительных дырок, так как освобождающиеся при образовании поверхностного комплекса электроны будут стремиться к ассоциации с элементами структуры Си +— Сн+, образующими положительные дырки. В результате такая адсорбция будет приводить к снижению электропроводности и ее следует считать деплетивной, так как освобождающиеся электроны будут постепенно создавать потенциальный барьер для дальнейшей адсорбции. В то же время в случае окислов га-типа электроны, освобождающиеся при необратимой адсорбции СО, будут поступать в зону проводимости твердого тела и приводить к увеличению проводимости. Поскольку в зоне проводимости имеются вакантные уровни, которые располагают возможностью вместить большее количество электронов, адсорбция будет иметь кумулятивный характер. [c.318]

Переход вандерваальсовой адсорбции в хемосорбцию можно описать, исходя из диаграммы потенциальной энергии по Лен-нард-Джонсу [1]. Он предположил, что при приближении адсорбированной молекулы достаточно близко к поверхности должны возникать поверхностные энергетические уровни, расположенные ниже, чем занятые электронные уровни в объеме твердого тела. Если бы образовавшиеся уровни были достаточно низкими, то они должны были бы облегчать переход электронов, приводящий к возникновению адсорбированных ионов, в условиях, когда ионизационный потенциал или химическое сродство молекулы газа На больших расстояниях не благоприятствуют этому [см. уравнение (1) и рис. 1]. Леннард-Джонс указал на возможность обмена, ведущего к образованию гомеополярных связей с участием электронов проводимости твердого тела или более глубоко расположенных незаполненных /-оболочек атомов. В последнем случае, как показала экспериментальная работа Бика [2], могут возникнуть прочные связи. Предположение о возможности перехода электронов от адсорбата на с -уровни подтверждается и уменьшением намагниченности, которое сопровождает адсорбцию газов, например, водорода на никеле [3]. [c.200]

Электрическая проводимость твердых тел при стандартных условиях находится в весьма широком диапазоне от 6,85-10 (Ag) до 10 См/м (Ср4 п- Например, для а-АЬОз она составляет около 10- для 810г (а-кварц)— 10 См/м. Прово- [c.90]

Одним из предельных случаев связывания адсорбата является ионо-сорбция. При этом свободный электрон из зоны проводимости твердого тела или свободная дырка из валентной зоны захватываются или инжектируются сорбированной молекулой. Ионосорбция представляет собой случай образования ионной связи. Примером ее является образование поверхностной связи воды с ионами примеси. [c.61]

Сначала на нескольких окнсных полупроводниках было изучено влияние различных молекул на работу выхода ф. Оказалось, что в тех случаях, когда изменения ф превышают 0,10—0,15 эв, знак заряжения обычно не зависит от типа проводимости твердого тела (р, i, п) и представляет устойчивую характеристику молекул адсорбтина. В частности, определенные типы органических молекул — ароматические углеводороды и гетероциклы, ацетилен, кетоны на всех изученных нами окислах снижают работу выхода (NiO, ZnO, uO), а другие молекулы, как, например, Оа, N0, SOj, NOa повышают ф [12] [c.19]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология