Зонная проводимости

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]

В полупроводниках, так же как и в изоляторах, вся валентная зона заполнена электронами, однако зона проводимости отделена от нее лишь небольшим энергетическим барьером, составляющим [c.136]

Орбитали энергетической зоны заполняются двумя электронами, как и орбитали атома и молекулы, в порядке их расположения по энергиям и в соответствии с принципом Паули. Следовательно, максимально возможное число электронов в зонах, возникающих за 1 чет перекрывания s-, р-, d-, /-... атомных орбиталей, соответственно равно 2N (s-зона), 6N (р-зона), 10 N (/ -зона), 14 N (/-зона)... Зона, которую занимают электроны, осуществляющие связь, называется валентной (на рис. 75 степень заполнения валентной зоны показана штриховкой). Свободная зона, расположенная энергетически выше валентной, называется зоной проводимости. [c.116]

В зависимости от структуры атомов и симметрии кристаллической решетки валентная зона и зона проводимости могут перекрывать рис. 75, б) пли не перекрывать друг друга (рис. 75, а). В последнем лучае между зонами имеется энергетический разрыв, именуемый запрещенной зоной. В соответствии с характером расположения и заполнения зон вещества являются диэлектриками изоляторами), полупроводниками и проводниками (металлами). Ширина запрещенной зоны Af диэлектриков составляет более 3 эВ, полупроводников — от 0,1 до 3 эВ. В металлических кристаллах вследствие перекрывания зон запрещенная зона отсутствует. [c.116]

Ковалентные кристаллы. Заполнение энергетических зон ковалентного кристалла рассмотрим на примере алмаза, у которого ширина запрещенной зоны E 5,7 эВ. Электроны атомов углерода полностью заполняют валентную зону. Поскольку переход электронов из валентной зоны в зону проводимости требует большой энергии возбуждения, которая в обычных условиях не реализуется, алмаз являете диэлектриком. [c.117]

Кристаллический кремний имеет такую же структуру, как и алмаз. Следовательно, в кристалле кремния валентная зона укомплектована полностью. Однако ширина запрещенной зоны в этом случае составляет всего SE = 1,12 эВ. Следовательно, при небольшом возбуждении валентные электроны могут переходить в зону проводимости, т. е. кремний — полупроводник. [c.117]

При наложении электрического поля электроны, перешедшие в зону проводимости, перемещаются к аноду, В валентной же зоне электрон, находящийся рядом с дыркой, перемещается на это свободное М1 сто, и освобождается новая дырка, на которую перемещается следующий электрон, оставляющий после себя дырку, и т. д. (рис, 76), [c.117]

Подобный дрейф электронов эквивалентен перемещению дырок в противоположном направлении, т. е. к катоду. Таким образом, перенос электричества в полупроводниках осуществляется как электронами, перешедшими в зону проводимости, так и дырками в валентной зоне, т. е. имеет место электронная (л-типа) и дырочная (р-типа ) проводимость. [c.118]

Число электронов, переходящих в зону проводимости, а следовательно, и число дырок увеличивается с повышением температуры или освещенности. В этом существенное отличие полупроводников от металлов их электрическая проводимость существенно возрастает с повышением температуры, тогда как у металлов, наоборот, электрическая проводимость с повышением температуры падает. [c.118]

При наличии в полупроводниковых материалах примесей соотношение числа электронов и дырок может изменяться, т. е. может усиливаться или дырочная, или электронная проводимость. Предположим, что в кристалле кремния в качестве примеси имеются атомы мышьяка (45 4рЗ). При образовании связей с окружающими атомами кремния атомы мышьяка используют четыре своих электрона. Пятый же электрон сравнительно легко возбуждается и переходит в зону проводимости. Таким образом, примесь мышьяка усиливает у кремния электронную проводимость. Наоборот, введение в кристалл кремния атомов бора 2 2р ) приводит к валентной ненасыщенности атомов 51, т. е. усиливает у полупроводника дырочную проводимость. [c.118]

О характере связи в гидридах d- и /-элементов существуют две теории. В соответствии с одной из них водород входит в решетку в виде иона Н" , а свой электрон отдает в зону проводимости металлической структуры. Согласно другой теории атомы водорода берут электроны из зоны проводимости и находятся в кристаллической решетке гидрида [c.279]

Основной предельной моделью теории является идеальный кристалл, имеющий при определенной температуре 7 лишь соответствующее этой температуре термодинамически разновесное число дефектов. При любой, отличной от абсолютного нуля, температуре в зоне проводимости подобного кристалла находится какое-то число электронов, которые обусловливают появление свободных валентностей на поверхности кристалла. Число свободных валентностей растет с температурой, причем для принятой модели высота активационного барьера опреде- ляется шириной запрещенной зоны для данного кристалла. [c.366]

Чтобы диэлектрик (изолятор) стал проводить электрический ток, необходима энергия, достаточная для возбуждения электронов из заполненной зоны через межзонную щель в свободную зону молекулярных орбиталей. Эта энергия является энергией активации процесса проводимости. Лишь высокие температуры или чрезвычайно сильные электрические поля могут обеспечить энергию, необходимую для возбуждения значительного числа электронов, которые придают кристаллу проводимость. В алмазе межзонная щель (интервал между потолком заполненной, или валентной, зоны и низом свободной зоны, называемой зоной проводимости) составляет 5,2 эВ, т.е. 502 кДж моль . [c.631]

Полупроводники обладают свойством пропускать электрический ток при условии, что они получают извне сравнительно небольшую энергию, необходимую для возбуждения электронов из нижней заполненной валентной зоны в верхнюю пустую зону проводимости. Поскольку при повышении температуры число возбуждаемых электронов возрастает, проводимость полупроводника увеличивается с температурой. Это свойство полупроводников совершенно противоположно поведению металлов при повышении температуры. [c.631]

У кристаллов какого типа максимально расстояние между валентной зоной и зоной проводимости-у диэлектриков, металлов или полупроводников Какой из этих типов кристаллов обладает минимальным расстоянием между валентной зоной и зоной проводимости [c.641]

Для возбуждения электронов в кристалле алмаза из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия 5,2 эВ, или 502 к Дж моль . Свет какой частоты необходим для этого возбуждения Какими должны быть его длина волны и волновое число Какой части электромагнитного спектра соответствует такой свет [c.643]

Если принять для перехода ионов металла из точки Р (рис, 26) в междоузлия решетки окисла полупроводника п-типа, что W н — энергия, соответствующая этому переходу, Ф — энергия, необходимая для перехода электрона из металла в зону проводимости окисной пленки (рис. 27), а Е — энергия сиязи электрон—ион в междоузлии, то величина — Е будет энергией раство- [c.50]

Синтез избирательных ст-активирующих катализаторов можно вести одним из двух способов. В первом способе синтеза исходят из окислов с изолированными катионами решетки, высоким окислительным потенциалом и малой подвижностью кислорода в решетке. Для увеличения скорости передачи электронов, чтобы она не стала лимитирующей, к катализатору надо добавить ионы переходных элементов, способствующих образованию зон проводимости (V, Мо, Т1 и др.). [c.156]

Второй способ синтеза о-активирующих катализаторов базируется на окислах элементов с высоким окислительным потенциалом, обладающих высокой проводимостью, добавляя к ним катионы Р, Bi, и других непереходных элементов для разрыва зон проводимости. [c.156]

Для улучшения избирательности я-активирующих катализаторов следует повышать их электропроводность, расширяя зоны проводимости, и увеличивать добавками их акцепторные свойства. [c.156]

Отношение свободного объема кристаллической решетки к объему атомов металла Параметр зоны проводимости. [c.167]

Характерная для металлов способность хорошо проводить электрический ток путем перемещения электронов, наблюдаемая уже при обычных (не очень больших) разностях потенциалов, возможна только при условии,, что перемещение электронов не требует преодоления значительных энергетических барьеров. Это достигается лишь при перемещении электрона в пределах одной данной зоны. Такое перемещение возможно, когда в данной зоне имеются вакантные уровни, т. е. когда число электронов в ней меньше, чем допускаемое принципом Паули ( 9). Именно такие частично заполненные зоны являются в металлах зонами проводимости, а зоны, не содержащие вакантных уровней валентные зоны) не участвуют в этом процессе. (О возможном переходе электронов в выше расположенные пустые зоны см. при обсуждении свойств полупроводников, 55.) [c.137]

В изоляторах ширина запрещенной зоны значительна— несколько электрон-вольт (рис. 53), а в полупроводниках она невелика (меньше 10" эв). При достаточно низкой температуре (в отсутствие действия света) полупроводник является изолятором, но при нагревании, начиная с той или другой температуры, указанный переход электронов становится возможным и тело приобретает некоторую проводимость, возрастающую с повышением температуры. (Подобный же эффект может вызываться и действием света). Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости физически означает, что электрон перестает быть связанным с определенным атомом и становится способным перемещаться по объему кристалла. Такой переход некоторого числа [c.148]

Проводимость может быть вызвана также введением в полупроводник таких примесей, энергетические уровни которых располагаются между валентной зоной и зоной проводимости (т. е. в [c.149]

В состоянии прочной двухэлектронной ковалентной связи. Переход из слабой в прочную связь может быть осуществлен при попадании электрона кристалла из валентной зоны или из зоны проводимости на локальный уровень адсорбировавшегося атома. [c.66]

В случае полупроводников свободные валентности (свободные электроны и электронные дырки) появляются вследств 1е неполной координированности атомов кристаллической решетки. Обычно зто связано с различными дефектами кристалла полупроводника. Например, узел кристалла, в котором отсутствует катион, ведет себя как отрицательный заряд, отталкивая электроны в ближайших узлах. В результате эти электроны могут быть вытеснены из валентной зоны в зону проводимости. [c.241]

Появление электронов в зоне проводимости в полупроводниках может быть вызвано также присутствием в кристалле различных примесей. На поверхности кристалла такие электроны будут играть роль свободной валентности. [c.241]

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]

Число и природа носителей т(жа в полупроводниках в большей степени зависят от их чистоты и характера примесей. Примеси принято делить на донорные и акцепторные, т, е. на отдающие и присоединяющие электроны. Донорные примеси увеличивают число электронов, а акцепторные — число дырок. Этот эффект примесей можно пояснить на примере германия, у которого имеется четыре валентных электрона. Если атом германия в его решетке заменить пятивалентным атомом мышьяка, то один электрон окажется лишним. Для его участия в проводимости необходимо, чтобы энергетический уровень атома примеси был расположен в запрещенной зоне вблизи зоны проводимости (непосредственно у ее нижнего края). Тогда каждый атом примеси будет ионизирован и электроны перейдут в зону проводимости. Число отрицательных носителей тока в полупроводнике с донорной примесью больше, чем число положительных носителей тем ие менее уравнение (5.45) остается справедливым, подобно тому как ионное произведение воды не изменяется при добавлении щелочи. Предположим, что один атом донорной примеси приходится ьа 10 атомов полупроводника. Считая все атомы примеси (иaпp iмep, мышьяка) полностью ионизированными, найдем, что в 1 см германия находится 4,5-10 при- [c.138]

Поверхностная концентрацн5[ частнц Са здесь будет совпадать с объемной концентрацией с, - В уравнение (17.137) в отл[1чие от аналогичных уравнений для металлических электродов входит концентрация электронов вблизи поверхности раздела, так как их число в зоне проводимости полупроводника ограничено. Величина зависит от потенциала в зоне объемного заряда полупроводника [c.378]

Как мы видели, в полупроводниках для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости требуется ср авнительно небольшая энергия. При этом в результате поглощения кванта энергии (нагревание или освещение) связь, обусловливаемая парой электронов, разрывается один из электронов переходит в зону проводимости, и в данном энергетическом состоянии валентной зоны вместо двух электр13нов остается один, т. е. образуется вакансия — так называемая П(Злолсительно заряженная дырка [c.117]

В кристаллическом состоянии часть электронов из ё — оболочек переходит а зону проводимости и возникает возможность обмена электронами между (1— и внешней з —оболочкой. Энергетическая легкость подобного перехода (определяемая работой выхода электрона из металла) приводит к тому, что на внешней поверхности кристалла обрс1зуется определенное число свободных электронов. Их наличие [c.93]

Волькенштейн и Киселев подчеркивают, что при рассмотрении системы адсорбент — адсорбат как единой квантовомеханической системы электронный переход означает лишь переход носителя тока (электрона, дырки) из одного энергетического состояния в другое без фиксации геометрии перехода. Однако прп сохранении иона-ми решетки своих индивидуальных свойств и отсутствии зон проводимости такая трактовка уже становится неприемлемой. В этом случае переход электронов от молекулы органического соединения к твердому катализатору может привести к обычной реакции, восстановления катиона переменной валентности, входяш его в состав катализатора, аналогично тому, как это происходит в гомогенном ката 1изе [c.28]

Большинство катализаторов гидрокрекинга—полупроводники. В отличие от металлов (проводники), для которых переход электронов из валентной зоны в зону проводимости осуществляется легко, без преодоления энергетического барьера, в полупроводниках этот переход требует преодоления энергетического барьера, так называемой энергии акт1шации электропроводности Это объясняется те.м, что в металле атомы — нейтральг ые частицы, и электроны обобществлены. В окислах или сульфидах находятся ионы металлов, и для отрыва электронов требуется затрата энергии. По-этo iy окислы металлов (кроме окислов-изоляторов) начинают проводить ток только после нагревания. В любом окисле или сульфиде всегда сл ществуют пpи [e и пли нарушение стехнометрического состава (избыток. металла или избыток металлоида). [c.145]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология