Зона энергетическая валентная

Рис. 111-36. Структура энергетических зон металла (а), полупроводника (б) и диэлектрика (в) /—зона проводимости //—валентная зона ///—зайре-

Рис. 6.11. Валентная зона и зона проводимости в кристаллах бериллия (а) и алмаза (б). В кристалле Ве 2в-зона и 2р-зона перекрываются. В кристалле алмаза 28р -валентная зона и вакантная Зв-зона разделены запрещенной зоной — энергетической щелью пшриной Д

Наиболее простое объяснение физических свойств полупроводников может быть дано на основе представлений зонной теории твердого тела. При образовании кристалла полупроводника происходит расщепление в зону энергетических уровней валентных электронов и электронных уровней возбужденных состояний. В результате в кристалле полупроводника возникают две зоны (рис. 30). Первая из этих зон (/) возникает в результате расщепления низших энергетических уровней в атоме. Она заполняется валентными электронами в нормальном квантовом состоянии. В теории полупроводников эта зона называется валентной зоной или заполненной зоной. [c.160]

Рис. 28. Относительные размеры энергетических зон электронов -валентной (В), запрещенной (3) и проводимости (П) — для кристаллов диэлектриков (а), полупроводников (б) и металлов (в)

На рис. 14-25 схематически изображены три зоны энергетических уровней, образованных Ь-, 25- и 2р-орбиталями простейшего металла, лития. Молекулярные Ь-орбитали полностью заполнены электронами, потому что в изолированных атомах лития 15-орбитали также заполнены. Следовательно, 15-электроны не принимают участия в химической связи. Они являются частью положительно заряженных атомных остовов (ионов), и их можно не принимать во внимание при дальнейшем обсуждении. Атомы лития имеют по одному валентному электрону на 25-орбитали. Если в кристалле лития 10 атомов, то взаимодействие 10 25-орбиталей приводит к возникновению зоны, состоящей из 10 делокализованных орбиталей. Как обычно, каждая из этих орбиталей способна принять до двух электронов, так что в пределах зоны может находиться 2 -10 электронов. Ясно, что в кристалле лития имеется ровно столько электронов, чтобы заполнить только нижнюю половину 25-зоны, как это показано на рис. 14-25. [c.625]

Ширина энергетической зоны зависит от характера электронных орбиталей взаимодействуюш,их атомов (5-, р-, д.- 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 ( -орбиталями, обычно значительно уже зон, сформированных р- и особенно х-орбиталями с тем же главным квантовым числом. [c.83]

Согласно современным представлениям в металлическом кристалле электроны ведут себя не так, как в отдельных, свободных атомах, например в атомах паров металла. В последнем случае электроны могут располагаться в каждом атоме лишь на ограниченном числе энергетических уровней. В кристалле же эти энергетические уровни для валентных электронов расширяются вследствие объединения одинаковых уровней всех отдельных атомов данного кристалла. Такие объединения называются электронными зонами, или полосами. Электроны, принимающие участие в химической связи (валентные), располагаются в отдельной зоне, называемой валентной. Выще располагается свободная от электронов энергетическая зона, или зона проводимости. В металлах при наложении разности электрических потенциалов электроны легко переходят из нижней валентной зоны в верхнюю свободную зону проводимости. Именно поэтому металлы являются хорошими проводниками электричества. [c.164]

Согласно этой зонной теории, для металлов характерно, что число подуровней внешней зоны больше числа заполняющих ее электронных пар (и отдельных — холостых — электронов), т. е. в пределах самой этой валентной зоны имеются дополнительные возможности размещения электронов. Так как отдельные подуровни одной и той же зоны энергетически очень близки друг к другу, перераспределение электронов металла по соседним подуровням осуществляется легко, с чем и связаны особенности металлического состояния. [c.112]

Верхнюю из заполненных разрешенных зон называют валентной, а наиболее низкую из незаполненных (целиком или частично) — зоной проводимости. На рис. 7.6 схематически на энергетической диаграмме изображены возможное относительное расположение валентной зоны (обозначена В ) и зоны проводимости (обозначена П ) в твердых телах и их заполнение электронами эти зоны разделены зонами запрещенных энергий, или энергетическими щелями — электроны не могут находиться в этих энергетических состояниях. [c.137]

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]

В теории электронного строения полимерных молекул широко используются такие характеристики спектра макромолекул, как ширина запрещенной зоны, разделяющей валентную зону и зону проводимости, которую можно использовать на качественном уровне строгости для характеристики электропроводности соответствующих полимеров. Представляет определенный интерес анализ зависимости ширины запрещенной зоны и других характеристик энергетических зон ог структуры соответствующих МГ. Эти вопросы в ряде случаев могут быть решены без проведения расчетов на ЭВМ с помощью графических методов. [c.59]

Зонная структура электронных энергетических уровней в полупроводниках имеет промежуточный характер между описанными выше для проводников (металлов) и изоляторов (ионных и ковалентных твердых веществ). Особенность полупроводников заключается в том, что у них сравнительно небольшая ширина запрещенной зоны, разделяющей валентную зону и зону проводимости. Вследствие этого даже при довольно незначительном повышении температуры электроны получают возможность перескакивать через запрещенную зону и оказываются в зоне проводимости. В некоторых случаях переход электронов в зону проводимости осуществляется в результате поглощения света, что приводит к появлению фотопроводимости (см. рисунок). [c.391]

Алмаз представляет собой широкозонный (ширина запрещенной зоны для невертикальных переходов 5,5 эВ) полупроводник, у которого атомы примеси могут образовывать энергетические уровни в запрещенной зоне вблизи валентной (акцепторные примеси), или вблизи зоны проводимости (донорные примеси). В природе не обнаружены кристаллы алмаза с электронным типом проводимости, а ответственной за проводимость р-типа таких кристаллов является примесь бора. [c.454]

Свечение кристаллофосфоров объясняется зонной теорией твердого тела. Кристаллофосфоры представляют собой ионные кристаллы с вкрапленными в них ионами активатора и плавня. В результате сильного взаимодействия с соседями энергетические уровни ионов кристалла расщепляются на больщое число уровней, образуя щирокие энергетические зоны. Число уровней, составляющих такие зоны, равно удвоенному числу взаимодействующих между собой ионов. У кристалла может быть несколько энергетических зон. Одни из них образуются вследствие расщепления энергетических уровней катионов, а другие — в процессе расщеплении энергетических уровней анионов. При этом каждая из образующихся зон является обобществленным уровнем всех катионов или всех анионов кристалла. Наиболее важными зонами, определяющими оптические свойства кристалла, являются самая высокая из заполненных электронами зон, образованная уровнями аниона основного вещества, и самая низкая из незаполненных зон, образованная уровнями катиона основного вещества. Первая зона называется валентной, а вторая — зоной проводимости. Между этими двумя зонами располагается запрещенная зона. Ее ширина в случае кристаллофосфоров колеблется от 2 до 10 эВ. [c.509]

Распределение электронных состояний в металле, согласно функции распределения Ферми, можно видеть на рис. 49, где Ф.ме — уровень Ферми металла. В полупроводнике (см. рис. 50), в отличие от металла, суш,ествует некоторая промежуточная энергетическая область, в которой функция (Е) — 0. Эта незаполненная запретная зона разделяет валентную зону с низкими уровнями энергии и зону проводимости с большими энергиями [c.149]

Параллельно с развитием исследований свойств углеродных материалов все более пристальное внимание уделялось химии и физике этих твердых тел. Своеобразная энергетическая структура графита (с перекрывающимися зонами проводимости и валентной зоной) обусловливает свойства, промежуточные между свойствами металлов (в которых имеется частично заполненная зона) и свойствами полупроводников (у которых зона проводимости отделена от полностью заполненной зоны энергетическим зазором порядка 1—2 эв). Другая особенность графита — ярко выраженная анизотропия свойств, резкое различие результатов измерений в направлении, параллельном и перпендикулярном базисной плоскости кристалла. [c.7]

Кристаллы галогенидов серебра являются фотополупроводниками. Фотополупроводниковые свойства могут быть описаны с помощью зонной теории. В отличие от атомов и изолированных молекул с уровнями разрешенных и запрещенных состояний, в твердом теле возникают соответствующие зоны. Верхняя заполненная электронами зона называется валентной, а следующая разрешенная высоко расположенная вакантная — зоной проводимости. Их разделяет запрещенная зона (рис. II. 2) с изолированными энергетическими уровнями, играющими роль ловушек для электронов и дырок аналогичную функцию могут выполнять дефекты крн- [c.53]

Пользуясь зонной теорией твердого тела, можно классифицировать вещества на проводники, полупроводники и изоляторы. В твердом кристаллическом теле, так же как и в атоме, электроны могут занимать только строго определенные дискретные энергетические уровни. Если интересно поведение валентных электронов в кристалле, удобно воспользоваться упрощенной энергетической схемой. Согласно этой схеме можно принять, что валентные электроны могут находиться только в двух разрешенных энергетических зонах в валентной зоне, соответствующей нормальным (не возбужденным) состояниям валентных электронов, и в ближайшей к ней зоне возбужденных состояний — зоне проводимости. [c.455]

В стадии умеренного легирования (концентрация В примерно 1011 — 10 атомов/сиг донорные (соответственно акцепторные) уровни расширяются в примесную зону, отделенную от зоны проводимости валентной зоны энергетическим интервалом. [c.378]

При описании электронного состояния аморфных веществ нередко используют зонную модель, позволяющую объяснить существование в изоляторах и полупроводниках запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости. Эта модель разработана для описания кристаллического состояния, но ее правомочно применять и при описании стекол, так как последние в энергетическом отношении подобны кристаллам. [c.164]

Такие переходы удобно описывать с помощью зонной энергетической схемы полупроводника, изображенной на рис. 20. Ось у на рис. 20 параллельна адсорбирующей поверхности полупроводника, которая предполагается плоской. Мы имеем две энергетические зоны (валентную зону и зону проводимости, заштрихованные на рисунке), разделенные запрещенным участком [c.59]

Электропроводность вещества зависит от концентрации носителей тока и их подв1[жности. Характерная особенность чистых электрон пых полупроводников — быстрое увеличение концентрации проводя щих электронов с ростом температуры. Причина этого состоит в еле дующем. Спектр значений энергии изолированных атомов дискретен Если есть N изолированных атомов, то все они могут иметь одинаковую энергию. Электроны, принадлежащие разным изолированным атомам, могут находиться в одинаковых квантовых состояниях. В жидкости или кристалле атомы взаимодействуют друг с другом. В результате этого взаимодействия состояния движения электронов, одинаковые в изолированных атомах, становятся различными. Дискретные энергетические уровни изолированных атомов преобразуются в энергетические зоны. Между зонами находятся области запрещенных состояний. Это запрещенные зоны. Если все уровни в зоне полностью заняты электронами, зона называется валентной. Зона, где не все уровни заняты, называется зоной проводимости. Так как уровни энергии в зоне очень близки, электроны зоны проводимости, получая даже небольшие порции энергии, могут изменять свои состояния, в том числе скорость и направление движения. При наложении внешнего электромагнитного поля электроны зоны проводимости, взаимодействуя с этим полем, будут менять состояние своего движения. Возникает электрический ток. [c.163]

Смысл определяющего влияния ФЭК на состав и структуру электронных соединений можно понять с привлечением представлений зонной теории. Каждой кристаллической структуре отвечает характерный для нее зонный энергетический спектр электронов. Валентная зона заполняется электронами не беспредельно и вмещает только определенное их число. По заполнении зоны наступает такой момент, когда энергия электронов так резко повышается, что данная структура оказывается нестабильной и происходит изменение кристаллического строения сплава. Возникаюшдя при этом новая структура будет соответствовать большей электронной концентрации. В качестве примера рассмотрим систему медь — цинк (рис. 114). Чистая медь имеет ГЦК-структуру (кубическая плотнейшая упаковка). При плавлении меди с возрастающим количеством цинка (до 37%) атомы цинка замещают часть атомов меди статистически без изменения типа кристаллической структуры матрицы. Образуется -твердый раствор, которому отвечает вполне определенная область электронной концентрации. Эта [c.220]

Аналогичные взаимодействия происходят и между атомами других твердых веществ. Для любого кристалла можно построить валентную зону, образованную валентными атомными орбиталями. Однако металлы отличаются от всех остальных твердьге веществ тем, каким образом их электроны заполняют тесно расположенные энергетические подуровни внутри зоны. Металлы обладают сравнительно небольшим числом валентных электронов, и поэтому их валентная зона оказывается заполненной лишь частично. Поскольку, например, у атомов натрия имеется всего по одному валентному электрону, в металлическом натрии они заполняют лишь часть энергетических уровней валентной зоны. При температуре абсолютного нуля эти электроны занимали бы только самые низкие уровни зоны, но [c.390]

Внутренний фотоэффект в полупроводниковых устройствах возникает тогда, когда энергия поглощаемых полупроводником квантов света hv превышает энергетическую шрфину запрещенной зоны, отделяющей валентную зону от зоны проводимости. В результате образования в объеме полупроводника свободных электронно-дырочньпс пар возникает собственная фотопроводимость. Поскольку на границе р-п перехода существует контактная разность потенциалов, то, оказавшись вблизи этой границы (в результате диффузии), пары свободных носителей заряда (электроны и дырки) разделяются на ней с образованием фото-ЭДС, полярность которой противоположна контактной разности потенщ1алов. Если к такому детектору подключить внешнее сопротивление, то через него потечет электрический ток. Рассмотренный вентильршй режим работы полупроводникового детектора (без внешнего источника электропитания) не получил широкого применения для детектирования излучения из-за неудовлетворительных временных характеристик и узости линейного динамического диапазона световой чувствительности. [c.395]

Ширина запрещенной зоны. Энергетическая полоса между нижней границей зоны проводимости п верхней гран1щсй валентной зоны. Энергетическая полоса, в которой отсутствуют электронные уровшк [c.99]

Ясно, что зонно-энергетическая схема хлорида серебра более сложна, чем зонно-энергетическая схема галогепидов щелочных металлов, так как валентная зона образуется не только за счет р-орбиталей ионов хлора, но включает также волновые функции, характеризующие внешние заполненные уровни ионов серебра. Ион серебра меньше иона калия, поэтому расстояние между ионами хлора меньше, что ведет к дальнейшему распшрению полос С13р и Ag5s. [c.174]

В литературе имеется несколько сообщений, посвященных влектрическим свойствам УгОб [2, 3], которая, как было найдено, является полупроводником -типа. На основе опубликованных данных Морин построил диаграмму энергетических уровней [4], представленную на рис. 1. Ширина запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости была установлена в предположении, что граница оптической прозрачности, которую Борос наблюдал при 2,5 эв, обусловлена возбуждением электронов до перехода из валентной зоны в зону проводимости. Электроны, локализованные в незанятых кислородных узлах решетки образуют донорный уровень с энергией 0,42 эв. [c.238]

СКИЙ анализ этой проблемы приводит к заключению, что при сближении атомов энергетические уровни валентных электронов расщепляются на большое число уровней , расположенных столь близко друг к другу, что фактически они сливаются в одну зону, называемую валентной зоной. Соответственно, более высоко расположенные уровни образуют зону проводимости. В частности, в случае кристалла Na l, образование которого сопровождается переходом валентных электронов от атомов натрия к атомам хлора, валентную зону можно считать образованной полностью занятыми Зр-орбита-ми ионов хлора, а зону проводимости — свободными Зх-орбитами ионов натрия. В случае полупроводников и изоляторов валентная зона и зона проводимости разделены промежутком — полосой запрещенных состояний, или запре-и енной зоной (рис. 3). Существенно, что мы здесь имеем дело с энергетической диаграммой всего кристалла, а не отдельных составляющих его частиц. Электроны, находящиеся в зоне, делокализо- [c.13]

Довольно естественно было бы рассматривать эту энергию Е как энергию активации, которая, будучи сообщена электрону, связанному с атомом, освобождает электрон, оставляя на его месте дырку в электронном распределении атома. Например, один электрон кремния уровня Зр перейдет на свободный уровень 3 . В действительности же эта простейщая схема никак не применима к кристаллу, уровни энергий различных атомов в котором смешаны. Тогда и прибегают к энергетическим валентным зонам (связанные электроны) или к зонам проводимости (свободные электроны). [c.130]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология